交变载荷下绝缘拉杆用GFRP电树枝劣化特性

气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)现场调试或运行过程多次发生绝缘拉杆内部击穿问题,影响工程投运与设备可靠性,迫切需要探明故障机理。该文选取GIS断路器绝缘拉杆用玻璃纤维增强环氧树脂复合材料(glass fiber reinforced epoxy resin composite,GFRP)为研究对象,通过计算分、合闸下绝缘拉杆主应力分布特性,设置交变载荷下电树枝劣化实验条件,研究不同交变载荷对GFRP内电树枝生长特性影响规律。结果表明,相较于单一载荷,交变载荷条件下GFRP中电树枝生长速度加快,平均击穿时间降低,击穿概率增大。基于复合材料力学仿真发现交变载荷下GFRP内树脂-纤维界面处会出现较大的应力集中,局部应力损伤已达到失效的临界值。综上,交变载荷下绝缘拉杆纤维-树脂界面机械损伤与绝缘劣化交互演进是造成绝缘击穿的主要原因,也可作为试验考核与结构设计的改进依据。

复杂交变载荷下的微动运行机制影响因素分析

微动问题是导致机械连接结构失效的主要因素之一,目前大多数研究都在恒定法向接触载荷工况下开展。而许多实际工程问题中,存在着可变法向载荷和轴向载荷的多轴加载工况,致使微动运行机制的研究结果无法很好地解释多轴加载工况下的微动行为。为此,对复杂交变载荷下的微动运行机制影响因素进行了分析,以期为双轴加载工况下的微动失效行为提供有力的分析方法。首先,在传统微动疲劳模型的基础上,分析了受循环交变法向载荷和轴向载荷共同作用下的微动摩擦学行为和动力学特征,提出了一种Q-P曲线分析方法;然后,推导了双轴交变载荷参数与微动运行状态之间的函数表达式;最后,讨论了不同的加载参数(法向载荷的均值P m、法向载荷的幅值P a、远端载荷的均值F B,m、远端载荷的幅值F B,a、双轴加载相位差φ和刚度比R sti)对Q-P曲线形状和位置的影响。研究结果表明:比例加载情况下,Q-P曲线为直线函数;非比例加载情况下,Q-P曲线为椭圆函数;加载参数会影响Q-P曲线的形状和位置。Q-P曲线分析方法为复杂交变载荷作用下的微动失效分析提供了有效的表征方法。

酸化气驱交变载荷对超深层岩石强度及出砂影响

东河1油藏于2014年开展注天然气开发先导试验,增油效果显著。随着注气开发进程的不断推进,由于油井酸化及注天然气的影响,储层地质条件日益复杂,油井出砂程度不断加剧。为实现油田稳产增产,需深入评价酸化、气驱及交变载荷对岩石力学性质及油井出砂的影响。文中通过室内实验对比了气驱前后岩石微观孔隙特征,研究了酸化、气驱对岩石强度及油井出砂程度的影响规律,明确了多轮次注采交变载荷下储层渗透率变化特征。室内岩心实验表明,气驱-酸化-气驱后,岩石三轴抗压强度降幅高达36.30%。循环加载50次,岩石三轴抗压强度由201.6 MPa降低至146.8 MPa。多轮次注采过程中,油井含水率上升快,提液造成生产压差加大,易引起油井出砂。因此,合理控制油井产水量、生产压差及产气量、优化注气参数对东河1油藏注气开发控砂和实现注气长效开发具有重要意义。

复杂交变载荷条件下微动运行状态

目的研究典型的加载参数对复杂交变载荷作用下微动运行状态的影响。方法利用ABAQUS建立了二维(平面应变)有限元模型,模拟微动垫和试件在循环法向载荷和轴向载荷下的接触状态,对不同加载条件下的微动运行状态进行分析,提出一种Q-P曲线的分析方法,再结合双轴微动疲劳试验验证其适用性。结果比例加载条件下,在微动垫夹具刚度较小时的Ft-D的曲线为直线,而微动垫夹具刚度较大时的Ft-D曲线表现为不规则的四边形,这些条件下的Q-P曲线均为线性函数,并且随着微动垫夹具刚度增加,曲线的斜率增大;非比例加载条件下,Ft-D曲线的形状不再是四边形,形状较为复杂,此时Q-P曲线为椭圆函数。随着微动垫夹具刚度的增大,椭圆的短轴增加。当相位差不为90°时,椭圆两半轴与坐标系不平行,椭圆发生旋转;特别地,相位差为90°时,Q-P曲线为标准椭圆函数。当Q-P曲线与直线Q=±μP相交时,由于滑移的产生,椭圆曲线将发生变化。结论在复杂交变载荷作用下,不同的加载参数(法向载荷、轴向载荷、微动垫夹具刚度等)或其相互间的组合会影响Q-P曲线的大小和位置,提出的Q-P曲线方法可以为分析复杂交变载荷条件下的运行状态研究提供手段,为进一步地讨论微动疲劳或微动磨损行为提供指导。

交变载荷与温度耦合对γ-TiAl合金疲劳裂纹扩展影响研究

利用分子动力学方法,在交变载荷与温度耦合条件下,模拟γ-TiAl合金的疲劳裂纹演化过程,探索TiAl合金不同阶段疲劳性能变化的微观机理,得到了在周期循环拉压加载时间比R=10∶1,沿[001]方向以v=10 m/s恒定速率交变加载时,不同温度(300 K、750 K、950 K)条件下,单晶TiAl合金疲劳断裂及缺陷演化的规律。结果表明:交变载荷与温度耦合加载时,在同一应力条件下,随温度的升高,发射位错数量增加且衍生多种类别缺陷,系统初始开裂应变量增大,位错的演化使应力-应变关系发生波动现象。位错密度峰值多集中于应力峰值区域,位错演化与产生的体心立方结构、面心立方结构衍生过程有关。该研究成果为复杂外载荷状态及不同温度条件下的γ-TiAl合金性能设计提供有力的理论指导。

储气库注采管柱多周次循环交变载荷力学分析

储气库是实现天然气调峰保供、高效利用的有效手段。储气库井主要以同井进行注采的方式生产,相较于常规油气藏的开发井,注采过程具有强度高、周期长、反复吞吐的特点,采用常规油气井的管柱强度设计方法不能满足储气库井的设计需要。本文开展了储气库注采管柱在多周次循环交变条件下的力学载荷分析研究,分析了注采过程主要的附加载荷作用,建立了鼓胀效应、温度效应与地层作用的力学模型,在此基础上结合管柱的自重效应,建立了考虑鼓胀、温度与地层等多种效应下的力学分析模型。以文23储气库为例开展了注采管柱的载荷力学分析计算,通过计算表明,注采管柱在注气期与采气期的不同阶段、管柱的不同深度下呈现不同的拉压载荷作用,且随着多个注采周期的时间推进,交变载荷呈累加效应。该力学分析模型的建立可为储气库注采管柱的优化设计提供数据支持。

临氢环境下承受交变载荷的压力容器合于使用评价及缺陷成因分析

针对某石化公司柴油加氢裂化装置压缩机出口缓冲器的埋藏缺陷,使用有限元分析方法进行合于使用评价,结果显示该缺陷未通过评价,需对缺陷部位进行更换。为避免发生类似失效情况,在裂纹缺陷处取样并进行理化试验,找到了产生裂纹的原因。

交变载荷作用下固井水泥石抗拉强度实验方法研究及应用

抗拉强度是评价固井水泥石力学性能的关键指标,对保障固井质量和井筒长期密封完整性具有重要意义。为了克服目前固井水泥石抗拉强度测试方法普遍存在应力集中、结果误差大、重复性差、不能研究交变载荷作用工况等方面的不足,创新研发了固井水泥石拉头,优选了高强度结构胶,形成了一种固井水泥石抗拉强度直接测试方法,弥补了现有测试手段的不足。通过对纯水泥和韧性水泥浆体系开展评价实验发现,形成的固井水泥石抗拉强度测试方法消除了应力集中的影响,提高了实验结果的准确性和可重复性,具有安全可靠、成功率高、可研究交变载荷作用工况等优点。其中纯水泥比韧性水泥浆体系具有更高的抗拉强度,约高出近40%;但因其弹性较差,导致在10~30轮次循环加载的工况下,其强度衰减比韧性水泥浆体系快,最高降幅达47.73%。该方法在川渝地区页岩气固井中现场应用效果良好,具有广阔的应用前景。

交变载荷下储气库储层与盖层损伤规律

在多次循环注采条件下,储气库的储层和盖层往往会受到交变载荷作用,孔隙压力的改变使岩石力学性质发生改变,从而导致储气库圈闭密封性发生变化。为了保障储气库安全高效运行,文中通过开展三轴循环加卸载同步渗透率测试实验,建立了储层与盖层的损伤本构模型,研究了岩石在循环载荷作用下的强度、渗透率变化规律和损伤规律。研究结果表明:在外力作用下,砂岩较容易形成连通裂缝而被破坏,而泥岩由于水化膨胀作用渗透率减小,不容易产生连通裂缝。最大加载应力达到峰值强度的65%~70%条件下,初始压实阶段砂岩渗透率会急速下降,到达一定程度后,渗透率又会逐渐上升,说明砂岩内部裂缝逐渐发育;而对于泥岩,每次应力加载后,渗透率都会先增大、后减小,直至泥岩试样被破坏,说明泥岩在产生裂缝后因水化膨胀作用而裂缝闭合。随着应力循环加卸载次数增多,岩石残余应变、损伤变量会越来越大,导致岩石被破坏。

300℃氮气中交变载荷条件下Inconel 690合金的微动磨损特性

采用改进后的PLINT高温可控气氛的微动磨损试验机,研究Inconel 690合金在300℃氮气及法向交变载荷条件下的微动磨损机制和动力学特性。结果表明:微动运行行为与激振频率密切相关,微动的F_t-D曲线呈现摩擦力周期波动的平行四边形型特征,微动运行于滑移区。在300℃氮气环境中,摩擦力的动态变化可以分为5个阶段,即跑合阶段、上升阶段、峰值阶段、下降阶段和稳定阶段。Inconel 690合金的微动损伤行为强烈地依赖于载荷、位移幅值、环境温度、气氛及激振频率等试验条件。从表面损伤形貌看,损伤微结构与试验参数密切相关;由于交变法向力和切向力共同作用,微动产生叠加效应,使剥层现象更加突出。在300℃氮气环境下,Inconel 690合金的损伤机理主要表现为磨粒磨损和剥层。

经受低幅交变载荷后车辆零件屈服强度增长规律的研究

在试验研究的基础上拟合出零件在经受多次低幅交变载荷后，屈服强度随交变载荷大小及其循环次数而变化的关系方程。藉此方程，可较合理地描述零件在经受低幅交变载荷作用后的屈服强度增长规律，为疲劳试验和寿命预估中确定删除小载荷的原则提供了一定依据，也有助于车辆结构件的减重设计。

热交变载荷下10%Cr耐热钢蠕变疲劳裂纹萌生特征

为调节新能源间歇式发电模式所带来的弊端,需要使用火力发电厂调峰稳定电网波动。调峰过程中机组频繁启停,加剧高温部件的疲劳蠕变损伤。通过分析现有寿命模型描述温度交变载荷下汽轮机转子钢性能的不足,提出预载荷实验方案。且以预载荷实验数据为基础,优化现有寿命预测模型。通过模拟交变温度下的临近工况实验,对比应力应变关系和疲劳蠕变寿命,对所优化的寿命模型进行了评估。

求解交变载荷下异形板动力响应的 Gurtin 半解析法

该方法以Ｇｕｒｔｉｎ变分原理为基础，在空间域作有限元离散，时间域取级数。本文研究了在交变载荷ｑ（ｘ，ｙ，ｔ）＝Ｐ（ｘ，ｙ）ｓｉｎωｔ作用下任意形状板时域级数的取法，使得各种支承条件的动力响应问题均可由本计算模式得到具有相当精度和效率的解。

交变载荷作用下端面密封瞬态耦合特性分析

建立了机械密封热-结构耦合计算的数学模型并给出详细的求解边界条件,推导了密封端面开口间隙与端面液膜压力的函数关系。利用离散节点加载的方法完成了对应工况下端面液膜压力的加载,给出了弹簧作用力的交变函数表达形式,通过与载荷时间结合的动力学瞬态分析,获得了密封端面的温度和压力等特性参数。结果表明,瞬态分析中密封端面各特性在多数时刻点仍表现出与稳态相似的特征,端面局部接触且其处于高温区,静环与动环端面分离并呈一定形式的锥形开口形状;随时间变化的弹簧比压,改变了密封装置的受力状况,使端面的温度、接触压力等特性呈现出交变的瞬态特征。

交变载荷作用下特殊螺纹油管接头连接强度及密封性分析

为使高温高压深井油气开采顺利进行,需保证特殊螺纹接头的连接强度和密封性。以某线密封结构特殊螺纹油管接头为研究对象,建立接头的有限元法模型,简化接头在井下服役过程中所受交变载荷,计算了接头螺纹及密封面上的应力。分析表明,交变拉伸载荷作用下,特殊螺纹油管接头螺纹上的最大等效应力小于材料的屈服强度,具有较高的连接强度;随着交变拉伸载荷周期的增加,特殊螺纹油管接头密封面最大接触应力逐渐下降,可能导致泄漏;随着交变压缩载荷周期的增加,特殊螺纹油管接头密封面上的最大接触应力在初期有所下降,后期基本保持不变,具有较好的密封性能。

点蚀坑参数的最佳分布形式及其在交变载荷下的演化

通过运用定量金相方法得到了低合金钢A537及不锈钢1Cr18Ni9Ti在含Cl^-溶液中点蚀坑的几何参数,然后用统计回归方法对五种常见的分布函数进行了筛选。结果证明,对效正态分布是点蚀几何参数分布的最佳数学形式。根据实验结果还提出了点蚀坑产生和发展的随机过程模型,解释了点蚀统计分布及其演化规律。此外实验还证实了Pickering的点蚀演化理论。

交变载荷作用下平面应力状态焊接接头焊趾处应力应变理论解的推导

基于弹塑性力学理论计算对接接头交变载荷作用下焊趾处应力和应变,以准确预测交变载荷作用下平面应力状态对接接头焊趾处的应力和应变值为目标,考察了不同加载情况下平面应力状态对接接头焊趾处应力和应变的理论计算方法,并给出了交变载荷作用下平面应力状态对接接头焊趾处应力和应变的理论解.结果表明,在材料参数、载荷大小以及焊趾应力集中系数已知的前提下,根据提出的理论解的计算式可获得相应载荷时接头焊趾处的应力应变,为焊接接头在交变载荷下的疲劳失效预测提供理论指导.

聚乙烯自增强超高压反应器交变载荷条件下残余应力衰减规律的研究

以聚乙烯超高压反应器在交变载荷条件下自增强残余应力衰减为研究对象,通过对残余应力衰减原因的系统分析,选择了交变载荷使自增强残余应力快速衰减的方式,建立了实验装置,测量记录了自增强残余应力衰减过程中反应器外壁应力的变化数据,通过回归分析,找出了自增强残余应力衰减时外壁应力的变化规律。

交变载荷对铝合金板表面残余应力的影响

采用铣削法在7075铝合金退火板表面引入初始残余应力,研究了交变载荷加载状态下表面残余应力的演变规律,并基于包辛格效应和塑性变形理论讨论了交变载荷加载状态时残余应力松弛机理。结果表明:交变载荷对铝合金板表面残余应力松弛的影响主要取决于加载应力与残余应力的矢量叠加;交变载荷对残余应力松弛主要在第一个作用周期;当加载周期增大到一定程度后,交变载荷比单向载荷对残余应力的松弛效果更好。

一种交变载荷下Galfenol力传感器结构与能量效率的优化策略

提出了一种新的面向交变载荷的力传感器测量结构,以Galfenol合金为敏感元件,将合金的两端加工成与锁紧结构配合的接口,可以对Galfenol棒进行挤压或者拉伸,通过检测材料磁化率变化引起的感应电动势可以确定外加交变负载的大小与方向。在传感器工作机理的基础上,提出了一种传感器能量利用效率优化策略,采用封闭结构对Galfenol合金力传感器磁路进行了设计与优化,分别采用二维和三维有限元方法,研究了开放式磁路结构和提出的新型结构在磁路分布以及能量利用效率上的特征。仿真和实验结果表明,所提出的新型传感器结构,不仅在结构上可以增强Galfenol合金中磁通密度分布的均匀性,同时可以大幅提升传感器的能量利用效率,其提升率超过50%,同时对所设计的传感器结构进行加载交变载荷试验,试验结果验证了传感器设计方案的可行性。