薄板压力容器盖的热-结构耦合有限元分析

对复杂薄板结构压力容器盖有限元模型的建立进行了研究,计算了压力容器盖在热、压力载荷作用下的温度场、应力及变形,并进行了热结构耦合分析,得到并分析了薄板结构的压力容器盖在实际工况下的应力场,校核了其安全性,为薄板承压结构更深入地分析研究提供理论参考.     

压力容器的蠕变应力及蠕变断裂分析

本文论述了压力容器蠕变应力的复杂状态,指出用一维拉伸蠕变试验作为设计的依据会产生较大的偏差。具体分析了承受弯曲和内压的薄壁容器的蠕变应力状态及其断裂机理;压力容器蠕变条件下的温差影响;厚壁筒的蠕变断裂的部位。指出了在蠕变条件下压力容器的应力状态和应力分布规律有所改变;压力容器仍有温度应力,且影响较大不容忽视。本文还提出了蠕变断裂时间的计算方法。     

热机械循环迭加对断裂寿命及断裂行为的影响

在分析热机械疲劳应力状态基础上，测定了热机械疲劳断裂寿命曲线，并研究了断裂特征行为对热机械循环迭加方式的依赖关系．蠕变裂纹萌生与疲劳裂纹扩展是在具有大应变幅的反相迭加（Ｏｕｔ０６ｐｈａｓｅ）条件下试样断裂主要机制．降低热循环范围的最低温度导致疲劳裂纹萌生及扩展，从而加速了穿晶疲劳断裂过程，降低了断裂寿命．晶界上分布的非金属夹杂物诱发沿晶开裂，但晶内夹杂物对穿晶裂纹扩展过程影响不大．减少或消除非金属夹杂物含量有益于提高工程合金断裂抗力．     

上游泵送机械密封热-流固耦合建模与性能分析

上游泵送机械密封具有低泄漏、低摩擦、长寿命的优点。基于密封端面流体域流场和能量方程,固体域弹性力学和热传导方程,将多物理场进行耦合求解,建立了上游泵送机械密封热-流固耦合仿真模型。基于该耦合模型对八字槽上游泵送机械密封进行了性能分析,揭示出机械密封在高转速下的温升和变形对上游泵送能力的削弱效应。进而获得了在不同几何和工况参数条件下,上游泵送机械密封的泄漏率、温升、变形等的变化规律,可应用于上游泵送机械密封工作机理研究和设计优化。     

柴油机机体热-机耦合分析

文章以4105型柴油机为研究对象,建立包括缸体、缸盖、缸套、缸垫、连接螺栓的内燃机机体装配多体接触模型,利用ANSYS Workbench平台,采用多场耦合方法,计算考虑螺栓预紧力、燃气压力、热负荷综合作用下的机体应力与变形。结果表明,热负荷对于缸体、缸盖的应力应变影响最大,缸体内各部位刚度的差异导致缸体、缸盖变形的大小和形态显著不同。     

基于ANSYS的热-流耦合分析

根据纳维-斯托克斯运动方程与能量微分方程对同一物体的流场与温度场进行耦合分析,用有限元法模拟研究流场对温度场的影响。     

固体推进剂药柱热-机耦合分析及应用

基于有限元分析的基本原理,建立了热-机耦合问题分析的有限元基本方程,并对固体火箭发动机药柱在固化冷却过程进行了数值仿真.算例表明,热-机耦合分析方法能较好地仿真固体火箭发动机药柱的温度场和应力应变场,对药柱的结构完整性分析提供了一种分析方法.     

热-力-电耦合下天线罩电性能仿真及分析

在实际飞行工况下,热力载荷会改变高速飞行器天线罩原有的电磁特性,从而影响制导性能。提出了一种基于六面体网格划分的热-力-电耦合模型及仿真方法,可准确表征高速飞行工况下天线罩介电温漂和结构变形对电性能的影响。基于天线罩热-力-电共享网格模型,首先通过瞬态热仿真得到天线罩响应温度场,通过静力分析得到天线罩结构变形场。然后,将天线罩介电温漂和结构变形准确传递到其电磁仿真模型中,并采用三维射线跟踪法计算其电性能。最后通过一个典型算例对高速飞行工况下天线罩电性能的变化进行仿真和分析,结果表明电性能变化非常明显,也进一步说明了所提方法的可行性和研究的必要性。     

沥青路面热-荷载耦合应力数值分析

针对半刚性基层沥青路面和刚性基层沥青路面结构中普遍存在的反射裂缝问题,提出了采用开级配大粒径沥青碎石混合料(OLSM)作为裂缝缓解层的方法;利用三维有限元法,对设置普通沥青混凝土与开级配大粒径沥青碎石2种类型裂缝缓解层的贫混凝土基层沥青路面结构进行热-荷载耦合应力对比分析,并进行了试验路观测与理论计算分析。结果表明:OLSM的耦合应力明显小于普通沥青混凝土的应力;OLSM中大粒径矿料多、沥青含量少及空隙率大的结构特点有利于消解及吸收裂缝处路面应力,可有效防止或减缓贫混凝土基层沥青路面的反射裂缝,是一种可以缓解反射裂缝的有效材料。     

大型空间结构热-动力学耦合有限元分析

针对大型空间结构的热诱发振动问题,发展了一种热动力学耦合的有限元方法.将结构变形对入射热流的影响进行Taylor展开并略去高阶项,从而得到耦合结构变形的热传导方程,由振型叠加法得到减缩并解耦的动力学方程,然后通过时间积分方法混合迭代求解结构的热动力学响应.对哈勃太空望远镜太阳能帆板的热颤振行为,该方法所得数值解与文献理论解符合得较好.对复杂的空间结构给出了热动力学响应,并发现热动力学耦合效应和热诱发振动稳定性的决定因素是结构参数及加热条件.     

考虑热-变形耦合的主轴-轴承系统瞬态热特性分析

为了更准确地预测主轴-轴承系统的温度场并实时监测关键零部件的温升情况,建立了考虑热-变形耦合的轴系瞬态热网络模型。根据热弹性力学理论,推导出主轴-轴承系统在装配应力、离心应力和热应力综合作用下的径向复合变形方程,基于热网络法优选试验轴系关键部件作为温度节点,综合考虑润滑剂黏温效应及轴系径向复合应力与变形,实时修正轴系热源、热边界条件等特性参数,实现了温度场与变形的耦合分析。通过编程求解获得了不同条件下轴承的瞬态温升曲线及轴系关键热参数的瞬态特性,结果表明,主轴转速越高,轴系热平衡温度越高,平衡时间越短;迭代步长的选取只影响温升曲线的收敛时间,不影响稳态温度值。与试验数据的对比结果表明,使用该瞬态热网络模型预测轴系温度场可显著降低计算误差。     

热-结构耦合的高炉炉壳静强度及疲劳强度分析

通过工程传热分析计算出冷却模块内冷却水与水管内壁的对流换热系数以及炉壳外表面的综合换热系数,并根据还原炉的工作流程,确定了3种载荷工况;然后借助大型通用有限元分析软件ANSYS,采用热-结构耦合的方法计算了高温状态下炉壳的温度分布、热-结构耦合应力场。模拟计算结果表明,在工况载荷作用下,炉壳各部位最大Von mises应力均远远小于材料的屈服极限,炉壳静强度满足要求。对各节点按Goodman-Smith疲劳极限图进行疲劳评定,炉壳的疲劳强度也满足要求。     

采煤机截割部壳体热-结构耦合分析及优化

针对采煤机截割过程中截割部壳体的可靠性问题,采用热-结构耦合方法分析温度场对壳体结构应力的影响.通过Pro/E软件对截割部壳体进行建模,利用虚拟样机技术和有限元分析相结合的方法,模拟采煤机的实际工况的温度场.通过热-结构耦合仿真发现壳体的耳部、安装电机筒子底部等部位应力较集中,且应力值超过壳体材料的许用应力,容易发生裂纹,使用安全性不高,对其进行优化设计,再对优化后的壳体进行应力和疲劳寿命分析,为采煤机的安全稳定性提供保障.     

离合器接合过程中热-应力耦合分析

对于摩擦离合器接合过程系统承载复杂,相关研究文献较少的现象,基于有限元数值仿真算法,以某湿式多片摩擦离合器为研究对象,考虑不同转速工况下,研究离合器接合过程中摩擦片的温度响应及热应力响应。研究表明,在不同转速工况下,摩擦片达到热平衡的时间基本相同,离合器系统达到热平衡时间随着转速的增大而增大;摩擦表面和非摩擦表面的温度上升及下降趋势有明显不同。     

核废料处置库近场的热-水-力耦合分析

为研究高放射性核废料地质处置的热-水-力耦合过程,以FEBEX原位试验为计算模型,利用有限元软件code-bright进行数值模拟分析,得到热-水-力耦合作用下处置库关闭后近场膨润土和岩石内温度、饱和度、吸力、应力及位移的变化规律,其结果可为核废料处置库的规划、设计以及缓冲／回填材料的选取提供参考．     

核反应堆压力容器小破口事故中坍塌液位的测量

核反应堆冷却剂液位是重要的安全参数,而压力容器破口事故(LOCA)下更加需要测量坍塌液位来反映堆芯冷却状态。该文针对差压式液位测量方法在破口事故下的特性进行了理论分析和试验研究。分析表明:喷放附加压降和喷放引起的压力波振荡都可能造成对于差压式测量方法产生附加的扰动;其中以压力波影响为主。实验结果说明:压力波振荡等影响造成差压液位测量结果产生峰值不大于2.5%的附加误差,这在破口事故下属于测量精度允许范围。因此,差压方法在压力容器小破口事故下仍能正确反映容器内坍塌液位,即容器的液体装量。     

核反应堆压力容器小破口事故中坍塌液位的测量

核反应堆冷却剂液位是重要的安全参数,而压力容器破口事故(LOCA)下更加需要测量坍塌液位来反映堆芯冷却状态。该文针对差压式液位测量方法在破口事故下的特性进行了理论分析和试验研究。分析表明:喷放附加压降和喷放引起的压力波振荡都可能造成对于差压式测量方法产生附加的扰动;其中以压力波影响为主。实验结果说明:压力波振荡等影响造成差压液位测量结果产生峰值不大于2.5%的附加误差,这在破口事故下属于测量精度允许范围。因此,差压方法在压力容器小破口事故下仍能正确反映容器内坍塌液位,即容器的液体装量。     

空间结构热-动力学耦合系统稳定性的有限元分析

针对在轨航天器柔性附件的热-动力学耦合系统,提出了一种稳定性分析有限元方法。该系统的状态方程既包括考虑辐射换热且耦合了结构变形的非线性瞬态热传导方程,也包括与瞬态温度场相联系的结构动力学方程。由于结构变形对于受热条件的耦合影响以及辐射换热的存在,该系统具有高度非线性。借助于非线性振动理论,给出了系统热诱发振动的稳定性准则。针对不同的结构,可以计算出不同的运动稳定边界,该边界将参数空间分成了稳定区域和不稳定区域。对哈勃太空望远镜太阳帆板进行了稳定性分析,该方法所得数值解与文献结果一致。对更为复杂的卫星天线,用该方法给出其发生热颤振的参数条件,探讨了结构参数、加热条件对其热-动力学耦合系统稳定性的影响。     

固热耦合作用下风力机齿轮系机械可靠性灵敏度分析

实际运行中的MW级双馈式风力机传动系统的齿轮传动副,受环境的风载荷影响经常出现裂纹、齿根断裂等机械故障,其原因主要是由于齿轮传动系的固有频率随着运行条件的改变而产生相应变化,致使整个系统产生共振.经典的传动系统可靠性研究是从结构和材料本身展开研究分析,对设备本身在运行环境下热应力的变化考虑较少,从而造成齿轮传动系的共振产生.引入热耦分析理论,在已有的机械可靠性模型基础上重构固热耦合分析控制方程.以概率有限元法为计算手段,研究在热应力作用下风力机齿轮系固有频率变化特点,从而为进一步开展风力机传动系统可靠性设计提供了一种研究方法.     

多年冻土路基水-热-力耦合理论模型及数值模拟

在建立多年冻土地区路基非稳态温度场控制方程、水分迁移的有限元控制方程和路基变形场及应力场计算模型的基础上，提出水-热-力耦合模型。以青藏公路唐南段K3393＋950的冻土路基为计算对象，得出了1月份路基温度场、水分场及应力场（变形场）的分布规律：路基温度场内部存在着未冻土核；水分场在温度梯度的作用下有向冻结冰锋线迁移的趋势；在负温条件下，土体的体积含冰量超过临界值时，将产生冻胀现象。研究结果表明，多年冻土地区路基的温度场、水分场及应力场一直处于动态变化中，路基的热状况、水分状况与变化规律及由此引起的应力重分布是引起道路冻害的主要因素。