复杂载荷下含体积性缺陷弯管的塑性极限载荷

通过非线性有限元分析给出了含体积性缺陷弯管在内压、面内弯矩、面外弯矩和扭矩作用下的塑性极限载荷。对与体积型缺陷（长轴、短轴和深度)和管线（外径、壁厚和弯曲半径）有关的几何变量进行了系统的分析,并考虑了内压和面内弯矩、面外弯矩和扭矩的组合。结果表明壁厚、缺陷深度和缺陷方向对极限载荷影响较大。     

复杂载荷下弯管的极限载荷

考虑几何和材料的非线性相互作用,采用有限元方法研究复杂载荷下弯管的极限载荷。通过对比过去的研究成果,分析了内压、面内弯矩及其组合下的极限载荷规律。根据有限元结果,研究了直管强化及内压的强化对极限载荷的影响。最后提出了弯矩以及内压、弯矩联合作用下的极限压力、极限弯矩与弯管几何尺寸的定量关系。提出的计算公式扩大了弯曲系数λ的使用范围,反映了弯管强化作用。     

含周向裂纹管道在非对称弯矩组合载荷作用下塑性极限载荷分析

根据净截面垮塌准则,分别求出了含埋藏裂纹、外表面裂纹、内表面裂纹、穿透裂纹管道在非对称弯矩、内压及轴力三种载荷共同作用时的塑性极限载荷计算公式,并给出了穿透裂纹在纯弯曲时中性轴圆心角和无量纲弯矩系数随裂纹偏离角的变化情况。所给出的计算公式可用于管道安全评价。     

复杂载荷耦合协作对连续油管极限承载能力的影响研究

针对连续油管在作业过程极易发生自锁、承受高内压等极限工作载荷,且在该极限载荷下极易失效的问题,以经典塑性极限载荷力学模型为基础,基于CAE技术,建立连续油管数值计算模型;并利用实验结果验证数值计算结果的可行性。利用已验证的计算模型研究1(1/4)″和2(3/8)″型号的连续油管在拉伸载荷、弯矩载荷、内压和挤压载荷下的承载能力。研究表明,在上述四种载荷中,得出内压和弯矩载荷是造成连续油管失效的主控载荷。根据计算结果,推荐了连续油管正常服役的载荷范围;并给出了不同载荷的极限载荷值。研究拉伸载荷、弯矩载荷、内压和挤压载荷对连续油管承载能力的影响,可有效避免连续油管提前发生失效和提高连续油管使用寿命。     

海底管道在弯矩和水压作用下的屈曲压溃研究

针对含初始椭圆度缺陷的海底管道在弯矩和水压联合作用下的屈曲破坏问题,基于薄壁假定,选择能够描述管道应变和曲率随位移变化的几何方程,采用流动理论建立应力增量与应变增量之间的关系,采用三角级数对位移函数进行离散,列出管道的初始椭圆度缺陷的形式,最终基于虚功原理建立了复杂载荷作用下管道的理论模型.通过控制轴向曲率和外部水压的增量及加载顺序,在MATLAB中对由虚功原理推导出的非线性方程组进行数值求解,从而得到管道在不同加载路径下的极限承载力.同时运用有限元计算软件,在合理控制了刚体位移和边界条件的基础上实现对弯矩和水压载荷的分步加载,得到了弯矩和水压联合作用下的管道有限元模型,计算管道的承载性能并与理论模型进行对比,验证了理论模型的准确性.之后,以管道缺陷截面在压溃瞬间的椭圆度为计算指标,采用有限元方法分别计算不同加载路径下的管道破坏形式,从而对弯矩和水压联合作用下的管道压溃破坏机理进行探究.研究结果表明:弯矩载荷对管道承压能力的削弱作用主要体现在弯矩对Mises应力和截面椭圆度的增大两个方面,在弯矩载荷较小时,椭圆度的影响起主要作用;外压—弯矩加载路径下管道的承载性能较低的原因是缺陷截面在压溃瞬间的椭圆度较弯矩—外压加载路径大.     

铝合金型材的冲击压溃载荷特性研究

为了确定Riera公式中的压溃载荷,基于材料实验机和霍普金森压杆实验系统,对铝合金型材在轴向准静态和不同速度冲击加载作用下的静、动态压溃行为进行了研究,得到了多种尺寸和形状规格型材在静、动态压溃过程的载荷时间曲线,以及峰值压溃载荷和平均压溃载荷随冲击速度的变化规律.分析结果表明,Riera公式中的压溃载荷采用平均压溃力是较好的选择,铝合金型的动、静态压溃力的差异来自结构的横向惯性效应.通过量纲分析,在进一步整理实验数据的基础上得到了适用于准静态和冲击加载作用的铝合金型材统一的平均压溃力经验公式.     

含周向裂纹管道在非对称弯矩组合载荷作用下塑性极限载荷分析

根据净截面垮塌准则 ,分别求出了含埋藏裂纹、外表面裂纹、内表面裂纹、穿透裂纹管道在非对称弯矩、内压及轴力三种载荷共同作用时的塑性极限载荷计算公式 ,并给出了穿透裂纹在纯弯曲时中性轴圆心角和无量纲弯矩系数随裂纹偏离角的变化情况。所给出的计算公式可用于管道安全评价。     

复杂载荷条件下有缺陷海底管道非线性屈曲分析

针对有初始缺陷海底管道在弯曲、轴力和外部静水压力联合作用下的复杂载荷屈曲压溃问题,建立管道的屈曲压溃理论模型,研究中考虑管道变形的几何非线性和材料非线性,运用结构弹塑性本构关系,基于虚功原理建立管道屈曲压溃方程;运用MATLAB编程进行数值计算,分别研究分析弯曲、轴力和外部静水压力单独作用,以及3种载荷联合作用的管道压溃压力。研究结果表明:复杂载荷条件下的有缺陷管道,尤其是当轴力和曲率比较大时,各因素对管道屈曲压溃压力影响的非线性特征逐渐明显;多种载荷的联合作用与单一载荷对屈曲压溃压力的影响是不一致的。研究结果可为实际工程中海底管道临界屈曲载荷的确定、危险位置的辨识、设计中的结构参数优化以及施工中的屈曲控制提供理论依据,从而保障海洋油气输送安全。     

压弯联合荷载下漂浮软管的极限压溃特性

作为海上输油系统重要组成部分的漂浮软管和水下软管是浮筒和浮式生产储油船(floating production storage and offloading, FPSO)以及浮筒和水下管汇之间的油气输送通道,漂浮软管等在风浪流等极端荷载作用下可能发生极限压溃损毁。以某型漂浮软管为研究对象,利用Abaqus有限元软件,结合rebar单元和Emended嵌入技术建立软管有限元数值模型,研究软管在内压和弯矩作用下的折弯压溃特性,并通过软管弯曲试验验证了该数值分析方法的正确性。计算结果表明：螺旋钢筋失稳是折弯压溃的主要原因,螺旋钢筋外侧的外帘线层在压溃区折弯处帘线拉力过大导致帘线破断。软管的内压荷载及软管的螺距与帘线的缠绕角度对极限压溃都有重要影响。该研究可为输油软管结构抗压溃设计和损伤诊断提供技术支持。     

复合材料球形阵列结构压入力学模型及弯曲变形协调机制

为了从结构力学角度揭示集中载荷作用下复合材料球形阵列结构的弯曲变形协调机制,建立了该结构典型局部板格的压入力学模型,采用载荷叠加法将集中载荷作用下四角点弹性支承且四边受等弯矩正交各向异性矩形板线性弯曲的中心点挠度分为2个部分:集中载荷作用下四角点弹性支承且四边自由的板的挠度,以及四边受等弯矩的板的挠度.前者可进一步分解为集中载荷作用下四角点弹性支承刚性板的挠度和集中载荷作用下四角点刚性支承线弹性板的挠度,后者可进一步分解为左右边简支上下边受相同弯矩的板的挠度以及上下边简支左右边受相同弯矩的板的挠度.将相同厚度的板在不同载荷情况下的挠度计算结果与有限元分析结果进行比较,进一步开展了试验验证,验证了解析解的正确性.      

CFRP/AA6061缠绕组合薄壁结构轴向压溃仿真方法

采用LSDYNA软件建立碳纤维复合材料缠绕在铝合金管外壁组合而成的CFRP/AA6061组合管的模型,对压溃仿真方法进行研究.采用MAT54和MAT123材料模型分别模拟CFRP和AA6061的本构关系,采用参数校准的方法确定CFRP与AA6061的连接界面法向失效应力和切向失效应力,并采用tiebreak接触定义界面.对不同纤维铺层角度的组合结构进行了压溃试验和仿真模型验证.结果表明,该仿真模型精度较高,对[0/90]₃和[90]₆铺层组合管的峰值载荷仿真误差分别为8%和11.2%,均值载荷误差分别为8.7%和6.7%,仿真结果较准确地再现了压溃过程中的峰值载荷和均值载荷,该仿真模型可用于CFRP/金属组合薄壁结构的压溃试验与仿真研究.      

张力腿式浮动风力机极限载荷分析

针对所提出的新型多立柱张力腿式浮动风力机在正常工作工况下的运行,进行了时域耦合动力响应仿真分析和极限载荷预报.选取了在此工况下可能出现极值的叶片根部弯矩(面内弯矩和面外弯矩)作为研究对象,依据IEC61400-1和IEC61400-3标准要求,运用极限载荷统计外推法得到了不同重现期内的极限载荷.采用将分块最大值法和过阈最大值法相结合的方法来提取局部最大载荷.选用三参数威布尔分布作为局部最大载荷概率分布函数,并使用最小二乘法对其进行参数估计,验证了在不同风速下所拟合的极限载荷短期分布的收敛性.     

基于弯矩等效的装载机外载荷当量与载荷谱编制

为了编制装载机工作装置载荷谱进行结构疲劳性能研究,提出了一种基于动臂截面弯矩等效的装载机外载荷当量方法,将装载机铲装物料时所受外载荷简化为一个作用在铲斗上的集中载荷并进行载荷谱编制。以动臂前后两端铰点连线为基准构建动臂局部坐标系,将铲斗铰点实测载荷转化为局部坐标系下动臂铰点载荷,研究铲掘姿态下动臂截面弯矩和装载机外载荷的同步对应关系,确定了外载荷作用点位置和作用方向,利用动臂最大弯矩截面的弯矩等效建立了装载机外载荷的当量数学模型。由实测的铲斗铰点载荷时间历程和装载机外载荷当量模型得到ZL50G装载机当量外载荷的时间历程,采用雨流计数得到典型作业介质下当量外载荷均值、幅值、频次的统计特性,编制多工况合成的工作装置疲劳试验程序载荷谱。结果表明:基于动臂截面弯矩等效方法能够获取固定姿态下装载机当量外载荷作用位置和作用方向;利用动臂最大弯矩截面的弯矩得到当量载荷时间历程,且在当量载荷与实测载荷下动臂截面弯矩变化规律和大小保持一致;当量载荷均值服从正态分布、幅值服从三参数威布尔分布,利用雨流计数和参数外推法编制的适用于工作装置疲劳试验的变均值加速加载程序载荷谱,缩短了疲劳台架试验的加载时间。提出的基于动臂截面弯矩等效的装载机外载荷当量模型以及载荷谱编制方法,可为装载机工作装置疲劳寿命评估和台架试验规范的制定提供依据。     

含局部减薄弯管的塑性极限载荷分析

通过对有减薄缺陷弯管三维有限元模型的分析,研究了受内压弯矩联合作用时局部减薄缺陷与弯管塑性极限载荷的关系。局部减薄弯管的塑性极限载荷与减薄缺陷的形式有关,减薄的轴向尺寸、环向尺寸及深度对塑性极限载荷有不同的影响。弯矩与内压的比例对局部减薄弯管的塑性极限载荷也有影响。文中描述了局部减薄弯管的塑性极限载荷的变化规律及在不同情况下局部减薄弯管的失效模式.     

静态载荷下下前牙双端固定桥基牙牙周膜应力的三维有限元法分析

目的:用三维有限元法分析静态载荷下,下颌前牙固定桥基牙牙周膜的应力和应变分布规律,为固定桥的设计和制作提供理论依据。方法:建立下颌前牙双端固定桥及其支持组织的三维有限元模型并进行静态条件下的垂直及斜向加载,计算基牙牙周膜的应力和应变值,绘出牙周膜的应力分布图。结果:固定桥修复前,垂直载荷下,基牙牙周膜的应力以压应力为主,应力集中在根尖;斜向载荷下,基牙牙周膜的应力主要是拉应力和压应力,应力集中在唇、舌颈缘;固定桥修复后,基牙牙周膜的应力和应变分布规律与修复前相似,但最大应力、应变值都明显增大;牙周膜内表面的应力大于牙周膜外表面;垂直载荷时,牙周膜内、外表面的应力差异更为显著。结论:固定桥的修复基本没有改变基牙牙周膜的应力和应变分布规律,但使上述值明显增大。牙周膜具有明显的应力缓冲作用,垂直载荷作用下的应力缓冲作用比斜向载荷作用下明显。     

深井压裂井下管柱载荷与轴向变形研究

根据深井高温高压条件下的压裂施工过程,综合考虑井身轨迹、管柱和井下工具结构,建立压裂管柱综合力学模型;研究深井压裂管柱在自重、内压、外压、各种效应力、粘滞摩阻力、套管支承反力、弯矩和锚定、坐封压力等多种载荷联合作用下的变形,并进行强度分析和校核。给出了一套实用的压裂管柱力学计算步骤、方法与公式,为准确地掌握压裂过程中管柱的受力及变化规律提供理论依据,从而优化管柱组合与施工参数,提高作业效果和成功率。     

理论力学中剪力、弯矩、载荷集度之间的微分关系

剪力的一阶导数等于梁上的载荷集度(载荷向下时为负值),弯矩的一阶导数等于剪力.承载剪力与弯矩的大小就是构件(梁)的载荷集度.载荷集度、剪力和弯矩间的微分关系告诉我们:剪力图中某点处的斜率等于作用在梁上对应点处的载荷集度,弯矩图中某点处的斜率等于梁在对应截面上的剪力;而弯矩图中某一段曲线的凸凹性由该段上分布载荷的方向所决定.     

深水钻井隔水管法兰接头压溃安全分析研究

针对深水钻井隔水管法兰接头在深水钻井过程中承受着复杂恶劣的环境载荷,以及工作过程中产生的内外压差,有必要对深水钻井过程中法兰接头的工作受力情况进行深入研究。根据有限元原理,建立了法兰接头模型,利用有限元分析方法研究了不同外压载荷下的隔水管法兰接头无磨损以及磨损情况下的应力分布情况及临界压溃压力。分析结果表明,在螺栓预紧力载荷以及工作载荷情况下,法兰接头符合安全强度要求;对无磨损的法兰接头施加外压载荷,法兰接头受到的最大应力随着外压载荷的增加而增加,外压载荷增加到一定值时,上法兰接头辅助管道通道处的T型台处会产生应力集中;对磨损的法兰接头施加外压载荷,法兰接头的临界压溃压力随着磨损深度的增加而减小。     

波浪载荷与砰击载荷联合作用下SWATH船结构动态响应

针对SWATH船特点,基于平板砰击理论,考虑砰击载荷的时变特性和空间分布不均匀性,提出了随时间和空间变化的砰击载荷公式;采用实时直接加载技术模拟波浪载荷与砰击载荷的联合作用,对某SWATH船在波浪载荷与砰击载荷联合作用下振动响应特性进行了整船数值仿真研究,讨论了砰击对结构总强度的影响. 研究发现：对于SWATH船,波浪载荷与砰击载荷联合作用有其特殊的结构响应模式. 联合作用的整体效应并不是单体船那种沿纵向的两节点弯曲振动,而是连接桥结构的横向弯曲振动;联合载荷作用对湿甲板边缘和支柱外板与横框架连接处的强度威胁较大;砰击对船体振动响应影响重大,从而影响结构总强度和总变形.     

桶状壳体在静水外压载荷下的失效行为分析

研究了在静水外压载荷作用下利用圆柱壳体几何开头的改变来提高其承载能力的问题。分析表明，随着几何参数的变化，结构的响应函数表现为不连续的非光滑性，并且壳体复合材料的失效指标随单调变化的外城市载荷值而表现出非单调性。数值计算结果表明，通过改变圆柱状壳体的几何形状及其材料分布，可使其承受外压载荷的能力有很大的提高。