全浮动芯棒连轧管过程三维热力耦合有限元模拟

应用三维热力耦合弹塑性有限元模拟仿真及其接触分析技术,建立了全浮动芯棒连轧管过程有限元模型及其摩擦、传热和接触等重要边界条件.针对八机架椭圆-圆型孔系全浮动芯棒连轧管过程,实现了全三维热力耦合弹塑性有限元模拟仿真.获得了连轧管过程的应力场、应变场、温度场及轧制力学参数的变化特点.揭示了钢管连轧过程中浮动芯棒速度变化及荒管外径和壁厚分布变化的规律.     

预制混凝土管组合柱-钢梁节点核心区受力性能分析

建立了预制混凝土管组合柱-钢梁节点在往复荷载作用下受力性能分析的精细化有限元计算模型.根据已完成的6个"弱节点"试验结果,对比分析试验与模拟试件的破坏模式、梁端荷载-位移骨架曲线和特征点荷载,验证了有限元模型的准确性.研究了预制混凝土管组合柱-钢梁节点核心区受力全过程工作机理,并对各关键组件的应力、应变发展规律及其相互作用进行分析.通过有限元模型参数化分析,研究了轴压比、钢套箍厚度、钢套箍延伸高度、预制混凝土管强度及芯部混凝土强度等因素对节点承载力和变形能力的影响.分析结果表明:在梁端往复荷载作用下,钢套箍屈服"拉力带"和核心区混凝土"斜压杆"机构共同抵抗节点剪力;峰值荷载时钢套箍以刚体变形为主,极限荷载时钢套箍腹板大面积屈服;芯部混凝土、钢套箍与预制混凝土管之间界面接触相互作用力分布不均匀;轴压比、钢套箍厚度、预制混凝土管和芯部混凝土强度对节点承载力及变形能力影响较大,增大钢套箍厚度可以显著提高节点承载力及变形能力;钢套箍延伸高度增加可以提高节点变形能力,但对承载力影响不明显.建立了预制混凝土管组合柱-钢梁节点受剪计算模型,理论值与模拟值吻合较好且偏于安全.     

可膨胀管膨胀过程三维有限元数值模拟

为合理设计膨胀工具及制订膨胀工艺,采用三维弹塑性接触问题有限单元法,建立了实体可膨胀管膨胀过程的三维非线性接触问题有限元分析模型.通过对所建模型的求解,对可膨胀管膨胀过程中膨胀变形力、套管膨胀后的残余应力及轴向位移、膨胀工具模角的关系进行了深入细致的研究,找出了膨胀管与膨胀工具在不同的接触条件、可膨胀管在不同的内径膨胀率及不同的壁厚条件下,各参数之间相互制约的变化规律.通过实验测得的膨胀变形力与用本模型求得的结果符合得很好,相对误差仅为0.65%,完全可以满足实际工程的要求.     

考虑整体挠度的水火弯板成形规律与模型

对船体外板整体变形和局部收缩变形之间的关系进行研究.首先基于热弹塑性有限元方法,建立了综合考虑局部变形和整体变形的水火加工数值计算模型,并通过实验对比了温度场与位移场的分布规律,验证了数值计算模型的可靠性;然后通过对整体挠度和局部变形规律的分析,提出了挠度影响数的概念;接着利用数值计算分析了挠度影响数与曲面外板形状参数之间的影响规律,建立了关系模型;最后通过算例对比模型和实验结果,相差5.13%,验证了模型的可靠性.     

圆钢管UHPC短柱轴压承载力与变形能力计算模型

根据力的平衡和变形协调,推导出钢管折减系数和核心混凝土增强系数的解析表达式,研究圆钢管约束对超高性能混凝土(UHPC)轴压强度的增强作用和环向应力对圆钢管轴压强度的折减作用;建立圆钢管UHPC短柱轴压承载力计算模型,并与已有的规范方法进行比较;基于Mander模型,根据横向约束等效原则,建立圆钢管约束UHPC单轴受压本构模型,并利用理想弹塑性模型建立能够考虑环向应力影响的圆钢管单轴受压本构模型,实现对圆钢管UHPC短柱轴压受力全过程的模拟,并与试验结果进行比较。研究结果表明:与规范方法相比,承载力模型能够更好地兼顾计算精度和可靠度;利用变形能力计算模型得到的全过程荷载-位移曲线与试验结果较吻合。     

STS管幕结构横向抗弯刚度计算模型及参数优化

STS (steel tube slab)管幕工法是一种新型的地铁暗挖支护体系，由于管幕结构的变形机理尚不明确，管间连接参数需要进一步优化，阻碍了STS管幕工法的应用和推广.本文建立STS管幕结构的有限元模型，并结合室内试验验证有限元模型的合理性，系统性研究翼缘板厚度和螺栓直径对管幕结构横向抗弯刚度的影响规律，然后结合SPSS统计分析软件和归一化处理方法得出，螺栓直径和翼缘板厚度的比值在2.0~2.5时STS管幕结构的变形最合理.结合室内试验和有限元分析结果，建立了STS管幕结构横向抗弯刚度计算模型，并通过室内试验评估了该模型的正确性，计算误差均在20%以内.     

Accu-Roll轧管机热轧奥氏体无缝钢管的数值模拟与工艺参数优化

根据钢管斜轧过程的变形特点,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对Accu-Roll轧管机热轧奥氏体无缝钢管的轧制过程进行有限元数值模拟.通过模拟仿真计算,分析无缝钢管截面的变形特点及轧制力和应力应变分布的变化规律,通过将模拟结果与实测数据进行比较,验证了模型的可靠性.模拟结果表明,在轧制过程中孔型形状不当易造成双鼓形,整个轧制过程中最大轧制应力为403.4 MPa,最大等效应力值为231.8 MPa.     

镁/铝复合管错距旋压成型有限元模拟及分析

为了探究采用错距旋压制备镁/铝复合管过程中材料的变形行为,以及各工艺参数对复合管成型性的影响规律,采用ABAQUS/Explicit有限元模拟软件建立了AZ31镁合金/6061铝合金错距旋压数值模型,分析了旋压温度、减薄率、进给比等参数对内外管变形协调性的影响。结果表明:提高旋压温度及减薄率有助于提升内管与外管的变形协调性以及成型质量,适当增加进给比有助于提升复合管表面成型精度;旋压温度为350℃时,单道次减薄30%,进给比为1 mm/r时,获得的复合管成型质量良好;界面处应力应变分布结果表明,复合管沿径向方向的等效应力呈现出梯度分布,造成内外管界面处塑性应变不连续,导致内外管变形不协调。通过数值模拟获得了可靠的加工区间,为实际成型提供了理论基础。     

复合材料内衬管修复过程受力分析

采用折叠变形法修复技术安装复合材料内衬管过程中需要充分考虑折叠对材料内部性能的影响.对复合材料内衬管在折叠和恢复展开过程进行了有限元建模分析,考虑了折叠后绑胶带维持管U形以及施加内压胶带撑破的过程,充分对复合材料内衬管在折叠和恢复过程中的应力及应变进行分析,发现在折叠成U形管过程中容易使复合材料内衬管纤维增强层出现损伤,从而影响复合材料内衬管的使用寿命.     

保温材料管道保温性能分析

利用牛顿冷却方程和圆筒传热公式推导出了保温材料管道保温的热流损失数学模型,并基于该模型推导出了热流损失随保温层厚度增减变化的临界半径的理论计算公式.假定保温材料外表面与周围环境之间的对流传热系数为常数时,临界半径与保温材料导热系数成正比,而与保温材料外表面与周围环境之间的对流传热系数成反比.当管道裸管半径大于临界半径时,管道热流损失随着保温层厚度的增加而减小;当管道裸管半径小于临界半径,且裸管半径与保温材料厚度之和小于临界半径时,管道热流损失随着保温层厚度的增加而增加;而当裸管半径与保温材料厚度之和大于或等于临界半径时,管道热流损失随着保温层厚度的增加而减小.最后,对保温材料导热系数、保温材料外表面与周围环境之间的对流传热系数对管道热流损失的影响也进行了计算和分析.图5,表1,参8.