液压支架立柱防冲吸能构件优化仿真及压溃实验研究

液压支架作为煤炭开采主要支护设备,经常受到冲击地压影响,防冲吸能构件起到保护液压支架作用,为获得更大的初始支反力峰值与吸能量、更小的支反力分散度,对吸能构件参数细化并通过ABAQUS有限元软件进行吸能构件的建模与压溃冲击仿真,获取吸能构件的吸能性能及屈曲变形形态,验证最优尺寸的吸能性能;对比吸能构件平均支反力的预测数据与有限元仿真数据,误差在15%以内,最优尺寸构件的平均支反力模型预测误差为−3.40%,验证吸能构件预测模型所预测数据较为准确;搭建吸能构件压溃实验台,选择5种加载速度,以准静态压溃方式对定制加工的吸能构件进行轴向加载压溃实验,实验结果表明:不同加载速度轴向压溃实验,支反力波动基本一致,最大初始支反力峰值为2253.52 kN,最大支反力标准差为206.23 kN,最小初始支反力峰值为2096.26 kN,最小支反力标准差为189.83 kN,初始支反力峰值的平均值为2149.32 kN,支反力标准差平均值为196.77 kN;不同压溃速度下的轴向压溃实验数据与吸能构件有限元仿真数据对比,初始支反力峰值、支反力标准差的相对误差分别为5.6%、11.07%;对最优尺寸吸能构件通过预测模型法、有限元仿真法、压溃实验法三种方法进行吸能性能分析,预测模型法的平均支反力为1879.7 kN,有限元仿真法的平均支反力为1945.9 kN,压溃实验法平均支反力为1919.8 kN,预测模型误差3.41%,压溃实验误差−1.3%,通过3种方法的数据验证结果,证明了吸能构件分析方法的可靠性和可行性。

海洋纤维增强柔性管压溃失效特性研究及参数敏感性分析

以一种黏结型的纤维增强柔性管作为研究对象,基于ABAQUS建立纤维增强柔性管的实体单元模型。根据二维Hashin失效判据判断柔性管失效情况,充分考虑管道内外护套层塑性及纤维增强层复合材料渐进失效,建立纤维增强柔性管的压溃数值模型。将特征值法与弧长法相结合,计算得到了较为精准的纤维增强柔性管临界压溃压力及对应的外压—椭圆度曲线;并对影响柔性管临界压溃压力的几个敏感性参数如椭圆度、纤维缠绕角度、直线度进行分析。研究结果表明椭圆度和直线度偏差的增大及纤维缠绕角度的降低均会使柔性管的临界压溃压力下降,该结果对纤维增强柔性管的设计与使用均具有一定的参考意义。

瓦楞纸板方管柱力学性能与压溃模式研究

目的研究不同构造瓦楞纸板方管柱在准静态轴向荷载作用下的力学性能和破坏模式,获得综合性能最优构造方案。方法通过改变瓦楞纸板方管柱构造方向和层数,设计制作4种构造形式的瓦楞纸板方管柱,通过开展轴向荷载作用下的静载荷试验,系统研究典型构造瓦楞纸板方管柱的力学性能和破坏模式。结果获得了4种构造形式瓦楞纸板方管柱载荷-位移曲线、分阶段变形破坏形态和试验关键参数。竖向瓦楞纸板方管柱呈现2种变形模式,平台阶段为体现瓦楞板叠层压缩小变形特征的塑性坍塌渐进屈曲模式,压溃阶段为体现薄壁管凹凸大变形特征的塑性坍塌渐进屈曲模式,破坏阶段呈现明显的脆性特征。横向瓦楞管柱呈现稳定的锯齿形塑性坍塌渐进屈曲模式。双层瓦楞管柱在压缩过程中会发生相互作用,脆性破坏特征减弱。外横内竖瓦楞管柱构件整体压溃模式稳定,呈现塑性破坏特征。结论瓦楞纸板方管柱的力学性能和破坏模式与构造形式有关,外横内竖瓦楞纸板方管柱融入了约束设计和导向设计理念,其力学性能优越。

轴向载荷下含双缺陷高强钢厚壁管道压溃压力计算方法

海底油气管道在生产和铺设时,由于受直缝焊管(UOE)制管工艺和张紧器的影响,会造成管道椭圆度缺陷,同时复杂的深海服役条件易造成海底管道局部发生金属腐蚀缺陷。针对含有双缺陷的高强钢厚壁管道在外压和轴向力同时作用下的复杂载荷屈曲压溃问题,考虑管道的几何非线性和材料非线性建立ABAQUS有限元模型。对不同管道材料、几何参数和缺陷几何参数的2400多组有限元计算数据进行分析,总结得到含双缺陷高强钢厚壁管道在轴向力载荷作用下的压溃压力变化规律,并提出轴向载荷作用下含双缺陷高强钢厚壁管道的压溃压力计算方法。本方法可为实际工程中高强钢厚壁管道屈曲载荷的确定提供理论依据,从而保障海洋油气输送的安全。

高温环境下多壁管增强泡沫铝压溃行为的理论分析与数值模拟研究

通过理论和数值模拟方法研究了新型高效吸能结构——多壁管增强泡沫铝在高温环境下的压溃特性及能量吸收性能。采用能量法预测了多壁管增强泡沫铝的轴向压缩平均力,在此基础上研究了温度以及泡沫铝与多壁管材料流动应力之比对结构吸能效率的影响。结果表明:理论预测值与有限元结果吻合较好,最大误差值为-6.7%;环境温度从室温上升至350℃,温度升高导致材料力学性能下降,多壁管增强泡沫铝平均力下降了1/3;另外,流动应力之比会影响多壁管半折叠波长或塑性铰数目,因此通过控制合适的流动应力之比可以提高结构吸能效率。

汽车用铝合金方形薄壁梁的压溃变形行为

建立了方形薄壁梁轴向压溃有限元模型,基于准静态拉伸试验获得的应力-应变数据,对6061-T6、6063-T6和6082-T6铝合金方形薄壁梁的压溃变形行为进行研究,分析了单排、双排、三排诱导孔对其压溃变形行为的影响。结果表明:模拟得到无诱导孔铝合金方形薄壁梁均出现3个完整的压溃褶皱,与试验结果相符,证明建立的有限元模型较准确;3种无诱导孔铝合金方形薄壁梁的压溃变形模式均为钻石压溃模式,Mises等效应力分布基本相同,在压溃变形过程中其方形截面上端面两组对边分别依次出现内凹和外鼓,然后顺序压溃形成3个褶皱;开设诱导孔对铝合金方形薄壁梁第一压溃褶皱形成后的压溃变形行为的影响较大,缩短了第二、三压溃褶皱形成所需压溃距离,提升了变形后期的承载能力,开设双排诱导孔时距离最小。

发泡陶瓷有约束轴向压溃特性及泊松比测量

为了揭示发泡陶瓷的力学特性,进一步验证塑性变形特征,对发泡陶瓷进行有约束轴向压溃实验。针对有约束实验中柱形压头固定和柱形压头与约束套筒共轴的问题,优化设计了一套简单实用的实验装置,包括简单夹具固定柱形压头,止推轴承钢保持架叠放垫片实现柱形压头和不锈钢套筒在实验过程中实时共轴。在有约束和无约束实验条件下,分别得出两组不同密度发泡陶瓷的屈服极限和弹性模量。根据平均屈服极限由经验公式间接计算出较小的泊松比,分别为0.1009和0.07345。对两组样品无约束组和有约束组屈服极限和弹性模量进行两组样品t检验,检验结果表明在统计学意义上发泡陶瓷的泊松比可能为0。

分级梯度蜂窝结构的面内压溃行为

通过逐层在六边形胞元中引入次级结构的方式构建了4种具有分级梯度特性的蜂窝结构,采用ABAQUS/Explicit有限元软件对4种分级梯度构型蜂窝结构的面内压溃性能进行了数值模拟。结果表明,分级梯度的引入能够有效控制蜂窝结构准静态加载下变形带的产生和发展,使得不同分级阶数胞元的压溃失效进程以不同的平台应力水平反映在分级梯度蜂窝结构的宏观力学响应中。结合细观变形机制,分析了冲击速度和胞壁厚度对分级梯度蜂窝结构压溃响应和能量吸收性能的影响规律。在低速冲击下,采用中间高阶两端低阶胞元布置的对称分级梯度蜂窝结构表现出优异的吸能性能,与传统蜂窝结构相比,比吸能提高了95.66%。在高速冲击下,不同分级胞元的梯度设计能够改善蜂窝结构在压溃过程中的吸能性能,使得吸能结构的压溃过程能够得到有效调控。

塔河油田某生产井油管压溃失效分析

塔河油田某生产井在酸化压裂+连续油管气举增产过程中,第414根油管发生压溃失效。通过对压溃油管的宏观形貌观察、壁厚测试、腐蚀产物表征以及压溃模拟计算,可以明确第414根油管发生压溃的原因为:连续油管气举过程中注入的氮气中伴随的氧以及酸化压裂过程中的酸液对压溃油管内壁的腐蚀,首先导致油管内壁减薄严重,当其壁厚减薄导致临界挤毁压力小于环空保护液导致的静水压时,油管发生压溃。文章建议后续类似工况生产井进行增产时,可对连续油管气举的注气气源进行优化,选择纯度为99.9%的氮气,同时优化酸化压裂工艺,延长酸压时间。

挤压速度对Al-Mg-Si合金压溃性能的影响

【目的】铝合金吸能盒作为汽车防撞梁的关键部件,其压溃性能是产品重要的衡量指标,而挤压速度也是挤压工艺的重要参数,因此研究挤压速度对铝合金压溃性能的影响具有重要意义。【方法】课题组以6063铝合金为试验材料,重点研究了挤压速度对Al-Mg-Si吸能盒型材力学性能、布氏硬度、电导率、微观组织和压溃性能的影响。【结果】1)挤压速度越快,合金拉伸后屈服强度、抗拉强度和硬度越高,而延伸率逐渐下降,但电导率变化并不明显;2)型材挤压后均呈现粗晶层,随着挤压速度增加,再结晶晶粒逐步向型材内部扩散,这与变形金属和模具间摩擦力密切相关;3)挤压速度越快,经70%压溃试验后裂纹数量和尺寸越明显,这与型材再结晶程度相关,当挤压速度为3 mm/s时其压溃性能最好。

复合材料/铝复合管轴向准静态及冲击压溃的吸能特性

用数值模拟方法,研究了方形和圆形截面的复合材料/铝复合管在轴向准静态及冲击压溃下的吸能特性,计算得到压溃力-位移曲线。通过将一组方形截面复合管在准静态压溃条件下的计算结果与文献的实验数据进行对比,以验证有限元模型和参数设置的正确性。在铝管的管厚、管长以及截面外周长相同,缠绕不同厚度的复合材料情况下,对比分析了方形和圆形截面复合管在准静态及冲击压溃条件下的轴向压溃吸能特性。结果表明,复合管的截面构型对其吸能效果影响很大,在轴向准静态压溃条件下,圆形截面复合管吸能能力要强于方形截面复合管;冲击压溃吸能量不但与结构自身吸能力有关,还受到外界冲击大小的影响。在设计复合材料层厚度时,需要控制复合管的刚度,避免回弹造成吸能量的降低。

海底管道动态压溃时激发压力脉冲特性分析

为研究海底管道压溃及压溃传播过程中压力脉冲场的分布特性,本文建立了深水海底管道动态压溃传播的有限元数值计算模型,采用声固耦合技术模拟了海底管道与周围流体介质的耦合作用,并利用相关实验数据对该有限元模型进行验证。本文通过提取周围流场中压力脉冲的时空分布规律,分析了海底管道压溃传播过程中压溃变形与压力脉冲的耦合特性;讨论了海底管道压溃变形形态传播发生突然翻转时管道周围压力脉冲的分布规律。研究结果表明:该有限元模型可准确预测海底管道的压溃和压溃传播压力以及管道周围压力脉冲的时空分布特性。管道压溃瞬间,管道近壁面周围将产生数倍甚至十倍于管道压溃压力的压力脉冲。海底管道发生翻转型压溃传播时,管道近壁面压力脉冲分布也发生相应的变化。

复合材料薄壁管轴向压溃吸能特性数值分析

采用数值模拟方法,对具有不同截面的几何等效复合材料管在轴向压溃载荷下的破坏吸能特性进行了分析。通过将复合材料圆管的准静态压溃计算结果与试验数据对比,验证了建模方法的准确性。在相同工况下对比分析了典型截面复合材料管的准静态和冲击压溃吸能特性。结果表明,复合材料管的截面形状会影响其破坏失效模式,加载条件对管的破坏吸能特性具有一定影响。正六边形截面管具有最好的综合吸能性能。

某地下室框架柱压溃事故检测及原因分析

某高层住宅地下室顶板在覆土施工过程中,地下室一框架柱被压溃,相邻区域梁构件出现开裂现象。为了解事故产生的原因,通过事故现场调查、混凝土强度检测、钻芯取样、超声波不密实度检测等现场检测内容,结合现场结构实际受力情况,对压溃柱在不同工况下进行了承载力计算分析。结果表明:事故产生的主要原因为该框架柱存在混凝土严重离析缺陷,次要原因为顶板覆土超载及挖掘机施工影响。本文可为今后出现类似工程事故提供一些预防借鉴。

棱边强化薄壁方管轴向压溃吸能特性

采用Hypermesh 9.0和Lsdyna 971数值仿真分析了棱边强化对薄壁方管轴向压溃过程能量吸收机理的影响。基于单个方管折叠单元能量平衡方程,采用分项能量修正法和影响因子归一化建立了棱边强化薄壁方管轴向压溃能量平衡方程。理论推导出棱边强化方管平均压溃力预测公式和吸能增幅表达式,其中,平均压溃力的仿真结果与预测公式计算结果吻合较好。Q235方管压溃试验结果表明,棱边强化方管平均压溃力公式也可用于预测原始方管,且效果更好。吸能对比表明:棱边强化后,棱边与平板的塑性变形在轴向压溃过程中存在强耦合关系,两部分的吸能均有提升。对于截面为56.36mm×56.36mm、厚度为1.0mm的薄壁方管,棱边约强化4倍,4条棱边仅占薄壁方管截面9.09%,理论上可使方管总体吸能量提升近30%,可见棱边强化能显著提升薄壁方管轴向压溃吸能水平。

帽型截面薄壁管梁的平均静态压溃力

文章以Weigang Chen简化的折叠理论为基础,构造了结构简单的帽型截面薄壁管梁的压溃模型。通过解析计算,得出渐进压溃时,该类管梁平均静态压溃力的表达式;对比了相同结构的帽型薄壁梁在渐进压溃时,其平均静态压溃力的预测值与试验值。与实验和有限元分析结果对比表明,该文预测值优于先前的预测结果。

单帽型薄壁梁弯曲和轴向压溃吸能的理论预测方法研究

以Kecman薄壁梁弯曲压溃理论和Wierzbicki超折叠单元理论为基础,建立一种改进的单帽型薄壁梁准静态弯曲压溃和轴向压溃理论模型,并推导相应的吸能公式。该模型适用于求解同材同厚、同材异厚、异材同厚和异材异厚的单帽型薄壁梁弯曲压溃和轴向压溃吸能。试验和数值仿真结果表明:与传统理论和模型相比,改进理论模型对于预测单帽型薄壁梁的弯曲压溃和轴向压溃吸能具有较高的精度,在应用范围方面更具有通用性。

膨胀式压溃装置工艺优化及可靠性提升

阐述了膨胀式压溃装置的结构特点和工作原理,分析了影响膨胀式压溃管性能的主要工艺影响因素,完成了膨胀式压溃管的工艺优化,形成了系列化、标准化的膨胀式压溃管生产工艺。经压溃性能对比试验,文中所述压溃装置的性能与国外成熟产品相当,满足设计和使用要求,并形成了批量化的应用。

深水海底管道全尺寸压溃试验及数值模拟

针对深水海底管道压溃问题,研制了深水海底管道屈曲试验装置,该装置可承受水压43,MPa,全长11.5m,直径1.6,m.使用该装置设计并开展了全尺寸管道压溃试验.利用ANSYS软件建立三维圆柱壳模型进行管道压溃数值模拟分析,并将试验结果与数值模拟结果进行对比,来研究径厚比、初始凹坑缺陷、初始椭圆度缺陷等因素对管道压溃的影响.结果表明,管道压溃载荷随着径厚比的增大而显著降低,单个点状凹坑缺陷对于管道压溃载荷影响较小,初始椭圆度缺陷则明显降低了管道的压溃载荷.

海洋柔性管道骨架层压溃的有限元分析

针对海洋柔性管道互锁型骨架层由于外部静水压力可能引起压溃失效问题,文中基于有限元分析方法,采用实体单元,建立骨架层结构三维有限元模型,研究静水外压作用下骨架层的压溃行为.分析结果显示,当不考虑几何缺陷及材料非线性时,计算得到的压溃特征值与解析方法得到结果吻合良好;当模型考虑初始椭圆度缺陷时,压力位移曲线经过一段线性变化过程后快速趋近于临界压溃值,且随着初始椭圆度的增大,临界压溃值逐渐减小;当模型进一步引入材料非线性时,骨架层的抗压溃能力显著下降,临界压溃值比理想状态下减小近一半.数值模型与结果为柔性管道抗压溃分析设计提供了有效的技术手段.