海底管道中泡沫清管器接触应力有限元分析

为分析清管器在海底管道中的清洁能力,以泡沫清管器为研究对象,基于有限元软件ANSYS建立清管器与管道的3维模型,进行数值模拟,并通过与理论解析解对比以验证模型准确性。在此基础上,从清管器接触应力分布出发,对泡沫密度、管道椭圆度、清管器过盈量、管壁摩擦等影响因素进行研究。结果表明:清管器在无损的均匀直管内接触应力均匀分布、在椭圆管道内则呈"8"字型不均匀分布;接触应力随清管器过盈量的增大而增大,但过盈量对清管器表面接触应力分布形式无影响;管壁摩擦使得清管器表面轴向接触应力分布不均匀,且接触应力随摩擦系数增大而指数增大;清管器密度只影响接触应力大小,对接触应力的分布规律无影响。     

形状记忆合金管道接头连接性能研究

目的研究在轴向荷载作用下形状记忆合金(SMA)管道接头的连接性能,为SMA管道连接件的设计提供依据.方法对SMA管道接头连接性能进行轴向拉伸试验,基于AURICCHIO提出SMA本构方程,采用ABAQUS有限元软件对SMA管道接头连接性能进行数值模拟研究.结果在SMA管道连接件两端与被连接钢管相接触的部位,发生应力集中现象.随着过盈量的增加或者管道连接件壁厚的增加,SMA管道连接件与被连接钢管之间的径向应力、管道接头的极限轴向拉伸荷载均随之增大.结论在SMA管道连接件的实际设计过程中,建议管道连接件与钢管的设计壁厚相等,过盈量控制在0.055 mm以内,并通过增加管道连接件轴向长度的方式来提高SMA管道接头的轴向拉伸强度.     

油气管道清管技术探析

油气管道是石油、天然气运输的主要设备,油气管道自建设起,到管道投产运行,直至管道停输,清管作业贯穿始终,是保障管道正常投产及运行的重要环节,而清管器则是这一保障作用得以实现的重要工具.因此,针对油气管道清管技术,主要从清管器工作原理、清管器主要分类、清管器定位方法及清管技术应用四方面探析油气管道淸管技术.     

缩比模型轮对与原型轮对过盈配合面微动幅值的相似关系

通过量纲分析，推导出原型轮对与其几何相似及材料相同的模型轮对过盈配合面间微动幅值的相似关系.同时，利用有限元软件ANSYS将原型轮对与缩比为1∶2、1∶5和1∶10的模型轮对的过盈配合面间微动幅值进行数值对比分析.结果表明，当模型轮对与原型轮对的缩比为1∶n，模型轮对的过盈量选取为原型轮对的1/n，轴重载荷选取为原型轮对的1/n2时，模型轮对过盈配合面间的微动幅值为原型轮对的1/n.     

齿轮轴过盈配合对轴肩微动磨损的影响研究

针对某动力总成齿轮轴轴肩在工作过程中发生严重微动磨损的现象,利用有限元软件ABAQUS建立了齿轮轴轴肩微动磨损仿真模型.通过对齿轮轴与轴承之间过盈配合的计算分析,得到齿轮轴过盈配合所需的最小过盈量,在此基础上对轴肩所受的微动磨损进行仿真分析,研究过盈配合对轴肩微动磨损的影响.通过分析在不同过盈配合下轴肩接触应力和轴肩变形量对微动磨损的影响表明:增大过盈量,轴承内圈与轴肩接触应力相应增大,轴承与轴肩接触面的相对变形量(即位移幅值)随之增大,轴肩微动磨损亦相应增大.因此,齿轮轴与轴承之间适当的过盈配合既可以保证静止状态下齿轮轴材料不出现塑性变形,又能使齿轮轴转动时有足够的接触压力传递有效转矩,可以有效地减缓齿轮轴轴肩处的微动磨损.     

基于力和视觉的未知平面内机械手伺服控制

研究机械手对未知平面内直线和圆形轨迹的跟踪方法,在跟踪过程中,保持末端执行器与未知平面之间接触力恒定.该控制系统采用视觉和力的双闭环控制结构,利用双目立体视觉系统实现对未知平面法线方向的估计,实现对水平面内运动分量的视觉伺服控制;应用力传感器感知末端执行器与未知平面之间的接触力,实现对末端执行器在垂直方向运动分量的控制.应用MATLAB机器人工具箱进行仿真实验,验证控制策略的有效性.     

椭圆管道与连接器过盈装配应力有限元分析

基于组合厚壁圆筒理论和管道与连接器过盈装配有限元计算,分析了海底椭圆管道与机械连接器水下过盈装配的应力问题。采用数值模拟的方法分析过盈装配过程中的产生的极值有效应力并引入椭圆度应力系数大小衡量应力集中效应强弱。结果表明,管道接触应力与等效过盈量密切相关,而椭圆度影响过盈面接触应力分布的均匀性。椭圆度应力系数越大,管道应力集中效应越明显,承载的应力越大。随着椭圆度增大,通过适当增加等效过盈量的办法,即可增大过盈装配应力的承载能力。     

管道清管器工作时对管道焊缝的影响

针对清管器在工作过程中会出现撞裂或撞断管道焊缝的情况,按照某型皮碗式清管器建立了三维模型,采用有限元分析方法对清管器在清管过程中管道焊缝的应力进行了计算,并重点考虑管道焊缝出现错位时的情况,得到各工况下管道焊缝应力的分布情况。根据计算结果,给出了驱动压力和焊缝错位的最大允许值,可为现场施工时驱动力的调节和控制管道焊缝质量提供参考。     

刷式密封刷丝束与转子接触力的数值研究

采用线性悬臂梁和增强的拉格朗日法建立了单根刷丝与转子的接触力模型,同时考虑了刷式密封中刷丝与转子之间的接触力以及在转子横截面内流体对刷丝的均布力,探讨了刷丝的安装角度、刷丝与转子的干涉量、转子横截面内的流体均布力对刷丝与转子之间接触力的影响特性.研究结果表明:在所计算的参数范围内,刷丝的流体均布力对接触力的影响力远大于刷丝的安装角度和刷丝与转子的干涉量的影响力.当刷丝安装角小于35°时,刷丝与转子的接触力随着刷丝安装角的增大而略微减小;当刷丝安装角大于35°时,受转子横截面内流体对刷丝的均布力的影响,刷丝与转子的接触力随刷丝安装角的增加而增大.     

离心载荷对轴类部件过盈配合的影响研究

基于平面应力假设,考虑初始过盈量的影响,将轴类过盈配合部件简化成含初始过盈量的旋转圆盘,推导轴类过盈配合部件在离心力载荷下的过盈量减小量的公式。以高速列车实物轮轴为研究对象,采用理论数值方法及有限元软件仿真分析,得到轮轴等效模型在不同旋转角速度下的接触压应力及过盈量的变化特征。研究结果表明：基于MATLAB数值模拟和ANSYS有限元仿真得到的接触压力及径向位移随旋转角速度变化的数值变化规律基本一致,验证了含初始过盈量的轴类部件过盈量减小量公式推导的准确性。过盈配合轮轴结构间的过盈量和接触压应力随旋转角速度不断增大而呈现非线性减小的特征,轮轴间的配合状态逐渐由过盈状态转变为间隙配合状态,旋转角速度临界值约为960 rad/s。由于有限元仿真软件通过施加径向位移差的方式施加过盈量,在接触状态由过盈状态转变为间隙状态之前,轮轴接触主从面一直处于零间隙状态。     

清管器测径板与U型管道中弯头撞击分析

测径清管器经过U型管道时,若测径清管器设计不合理或者清管器运动速度过大,清管器测径板易与弯头相撞,导致测径板变形,从而误以为管道上存在变形。为解决该技术难题,结合一种具体测径清管器,通过分析该测径清管器经过U型管道弯头时的运动特性和测径清管器及弯头的几何特性。得出结论:当测径清管器的运动速度超过一个极限速度时,清管器经过弯头时所受离心力大于清管器支撑板的屈服极限,引起前支撑板屈服,此时测径板可能与弯管内壁外弧侧相撞,同时还得到影响此极限速度值大小的多种因素。另外,发现测径板、支撑板、弯头曲率半径满足一定的几何特性关系时,清管器测径板将与弯管内壁内弧侧撞击。利用得到的这些分析结论,可指导并修正清管器设计,控制测径清管器的运行速度,从而避免测径清管器经过U型管道的弯头时发生撞击。     

遗传算法与有限元相结合的高速电机转子优化

针对高速永磁电机设计中转子强度的结构参数优化问题,采用有限元与遗传算法相结合的方法,以200 kW、40 000 r/min表贴式高速永磁电机为研究对象,建立关于护套厚度和过盈量的参数化有限元模型;在确定强度极限工况点的基础上,建立了以最小护套厚度为目标值的函数,以满足强度要求为约束条件的优化模型;在优化方法上,以遗传算法为主程序,调用参数化有限元程序计算得到的最大应力和接触力结果作为适应度评价函数.仿真结果表明,基于遗传算法与有限元相结合的优化方法不仅能够准确地得出满足强度要求的最小护套厚度和过盈量,而且相比响应面模型优化方法,在计算效率方面也具有一定的优越性.     

冷轧组合式支承辊过盈配合面应力和微动滑移的分布及影响因素

采用ABAQUS软件建立冷轧组合式支承辊的三维模型,通过模拟带钢轧制过程获得不同工艺参数条件下支承辊辊套和辊芯之间过盈配合面的应力及微动滑移分布,并分析了辊套厚度、配合面摩擦系数、过盈量、轧制力、弯辊力等参数对过盈配合面应力分布及微动滑移量的影响规律。结果表明:过盈配合面上周向应力最大,径向应力次之,且二者均在轧辊压扁区达到最大;离支承辊长度方向对称面越远,过盈配合面上的微动滑移量越大,且压扁区边部的周向滑移量最大,压扁区中部的轴向滑移量最大;支承辊外径不变时,辊套厚度与过盈配合面等效应力成正比,与微动滑移量成反比;摩擦系数对等效应力影响很小,但与微动滑移量成反比;当过盈量增大时,配合面上的接触应力和应变都增大,微动滑移量先增加后趋于稳定;轧制力增大导致过盈配合面微动滑移量和轧辊压扁区等效应力增大,但弯辊力对等效应力及微动滑移的影响均较小。     

叠层圆盘系统松脱分析

对承受离心和过盈双重作用的圆盘系统建立一种新的弹性解析模型．与以往采用的应力法不同，利用相对位移建立松脱奈件．单过盈情况下，基于离心效应分解过盈量，残余过盈等价于实际过盈；采用叠装方法分解多圆盘系统，定义逐级传递的附加过盈作用．在顺次求解各子系统基础上，应用叠加原理，得出圆盘的实际状态．     

煤层气排采螺杆泵定转子接触有限元分析

为了得到煤层气排采中影响螺杆泵寿命的因素,为进一步优化设计参数提供依据,利用有限元及实验方法对定转子接触状况进行了研究。通过建立螺杆泵定转子二维平面应变模型,以转子上圆心附近位置两点运动轨迹为对象,分别得到了不同转速及不同过盈量下的接触应力拟合方程及曲线,得到了在定子内腔不同接触位置处的剪应力及接触应力云图,并与实验分析结果进行比较。结果表明:定转子间过盈量越大,定转子接触磨损痕迹越深。剪应力分布的范围在直线中心处类似椭圆状,且椭圆长轴与直线约成45°夹角,过盈量越大,椭圆越大。剪应力最大的位置为点接触处,而该处粘着磨损较严重,接触应力最大位置为线接触处,与实验的形貌分析结果一致。     

智能清管器在管道上的应用

长期运行的输油管道由于外界因素的影响致使其堵塞,严重的还会导致输送介质的泄漏,不但给企业带来巨大的经济损失,还会对输送管线周边环境造成污染.因此,为了提高管道的输送效率、保证油品的安全输送,对管道进行清理和疏通是一项必不可少的管道维护作业.清管器作为机械清洗管道的设备之一,已经在世界上许多国家的管道行业得到广泛应用.基于管道的特殊性和复杂性,智能清管器是目前广泛采用的管道内检测设备.     

导热管与电机转子过盈联接有限元分析及优化

将导热管安装于电机转子中对转子进行散热,可提高电机的输出效率,而导热管与转子内孔的紧密接触是导热散热的关键因素.通过建立导热管与转子过盈联接的有限元模型,分析过盈量、摩擦因数以及配合长度对导热管与电机转子过盈联接静态和动态性能的影响.结果表明,过盈量和配合长度对结构的静态和动态力学性能影响较大.在有限元分析的基础上,对导热管与电机转子过盈联接最大法向接触应力进行多目标优化,得出导热管与转子最大法向接触应力最小的接触状态,以提高导热管与转子配合的可靠性以及转子轴的寿命.     

单轴定位磁标识清管器方法研究

为得到单轴磁传感器在磁源标识清管器定位中的最佳探测姿态,采用数值模拟的方法,对直管和弯管进行建模分析,取清管器正上方测面处的多个测点,分别研究各测点在空间多个方向上的磁场波动值,通过比较波动值大小即可得到最佳的探测方向。根据实际管道铺设方式的不同,对水平走向管道进行分析,得知当清管器通过探测点时,垂直于管道轴线方向的磁波动分量值最大,该波动值可被单轴传感器有效检测。采用管道倾角θ及管道偏角γ这2个变量来描述弯折管道,结果表明,在与管道相垂直的方向上磁波动分量值最大,并且综合倾角与偏角均存在的情况,单轴传感器也应垂直于管道安装。进行了相关的等效实验,验证了数值模拟结果的正确性。由此可得,探测时单轴磁传感器测量方向应垂直于管道轴线方向。     

滚珠丝杠螺母副载荷分布的计算方法

依据滚珠丝杠螺母副工作过程的变形机制，提出了滚珠与滚道接触载荷仅引起滚道螺旋面整体轴向位置变化的假设，进而推导出滚珠与滚道接触点对应中心的轴向变化关系；依据赫兹接触理论和滚珠与滚道局部接触变形的几何关系，建立了滚珠与滚道接触力的数值计算模型.利用所提出的模型、有限元模型和现有文献模型对二维平面接触问题进行了计算，通过计算结果的对比验证了本文计算方法的准确性和适用性.以某滚珠丝杠螺母副为例，利用数值计算模型进行了计算，分析了滚珠与滚道之间的接触力和接触角随轴向载荷的变化规律.     

基于Abaqus摆臂与轴套过盈装配有限元分析

对过盈装配下摆臂与轴套间的松动脱出问题,借助有限元计算软件Abaqus分析了过盈量以及锥度对摆臂与轴套接触区域过盈状态的影响.结果表明:轴套与摆臂过盈装配,在弹性范围内随着过盈量的增加,径向接触压力增大,摩擦力增大;材料进入塑性后,随着过盈量的增加,材料的塑性应变区域不断扩大,而接触面间的接触压力基本保持不变,摩擦力保持不变.在塑性范围内,锥度对轴套和摆臂过盈脱出影响并不明显,主要原因是,锥度引起局部的过盈量增加,导致塑性应变区域扩大,而并未引起接触压力的增大,摩擦力也保持不变.