基于回归分析法的矩形槽圆管吸能特性研究

为了研究矩形槽圆管吸能特性规律,提出了一种基于回归分析法的结构参数与吸能特性关系的拟合方法。针对轴向冲击下的圆管动态响应,首先,建立了6005A-T6材料的Cowper-Symonds本构模型,并验证了仿真模型的准确性;其次,设计了正交试验,建立了吸能特性与结构参数之间的计算模型;然后,利用多元线性与非线性回归分析方法对计算模型参数求解,并对比了两种拟合结果,得到了峰值力和吸能量的经验公式;接着,对比经验公式与有限元数值计算值表明,经验公式在研究范围内具有较高准确性,误差在8%以内;最后,引入吸能性能指标并使用遗传算法对圆管进行了结构优化,优化结果表明,在研究范围内当直径和槽端距最小、壁厚和槽宽最大、槽深最浅时,矩形槽圆管的吸能性能最优。

圆管和扁形管的绕管式换热器壳侧流体降膜流动特性

为探究异型管绕管式换热器壳侧流体降膜流动和分布特性,建立了绕管式换热器三维物理模型,并基于流体体积(VOF)法多相流模型进行了数值模拟,对比分析了圆管和扁形管的管外流体降膜流动特性。结果表明:圆管和扁形管的管外轴向降膜流动分布均呈现“波谷-波峰-波谷”形状;扁形管的管外流体降膜流动速度明显大于圆管;圆管的管外液膜最薄处为圆周角120°处,扁形管的管外液膜最薄处在90°~120°之间;随着管间距的增加,圆管和扁形管的管外液膜平均厚度均呈下降趋势,扁形管周向液膜平均厚度比等周长圆管小10%~29%;随着缠绕角的增加,扁形管的管周向液膜平均厚度比等周长圆管小4%~28%。因此,推荐使用扁形管替代圆管作为绕管式换热器的缠绕管。

圆管带式输送机桁架结构轻量化设计

为了解决圆管带式输送机桁架结构设计常参照经验而使用钢量浪费的问题,提出基于实验设计(DoE)的优化设计方法。分析圆管带式输送机桁架承受的荷载组合情况,在Ansys workbench中按照桁架的最不利荷载组合施加荷载,找出危险杆件;对杆件截面设计尺寸进行参数相关性分析,选取敏感度较高的控制参数,通过拉丁超立方抽样和非参数回归方法建立响应面模型,采用多目标遗传算法(MOGA)进行多目标优化。结果表明:优化后的桁架结构整体质量减轻32.8%,实现了结构轻量化;同时,杆件应力比均有所增加但满足强度和刚度要求,杆件截面利用更加充分。

海上移动平台直升机甲板圆管支撑结构安全评估

圆管支撑结构是海上移动式平台直升机甲板设计的重要部分,由于海上恶劣的风浪环境,使结构整体受风载荷的影响较大.现有直升机甲板圆管支撑结构的安全评估内容主要集中于圆管的静强度分析,缺乏风振响应分析,文中以海洋石油163平台直升机甲板为例,研究圆管支撑结构的静力和动力载荷输入,通过有限元强度分析和理论经验公式计算对比静力、风载荷作用下直升机甲板圆管支撑结构的受力情况,考虑风振涡激效应的准静态分析,在此基础上提出了直升机甲板圆管支撑结构的安全评估方法,探究了风载荷对结构整体安全的影响.

玄武岩纤维增强复合材料拉挤圆管抗弯性能研究

为使玄武岩纤维增强复合材料(Basalt Fiber Reinforced Polymer,BFRP)拉挤圆管在桥梁工程中得到更广泛地应用,对其抗弯性能进行试验及有限元分析。对2根长度为750 mm的BFRP拉挤圆管进行三点抗弯试验;采用LS-DYNA有限元软件对试验过程进行模拟,验证有限元模拟的正确性;在保持BFRP拉挤圆管总厚度不变的条件下,研究内、外层双向纤维布的铺设厚度和角度对抗弯性能的影响。结果表明:试件从加载至破坏分为线弹性阶段、下降阶段和残余阶段,试件破坏后残余强度较大且卸载后迅速回弹恢复几何形状;有限元模拟试件的荷载~滑移曲线、失效现象和试验结果吻合较好,有限元模拟正确;布置适量厚度的内、外层双向纤维布可以提高试件的抗弯承载力;将内、外层双向纤维布铺设方向由90°变为45°后,抗弯承载力进一步提高,随着外层45°纤维布厚度增加,破坏时的挠度下降。建议制作BFRP拉挤圆管时,布置适量厚度的双向纤维布,角度以45°为宜。

圆管内氦氙混合气体与超临界二氧化碳换热特性对比分析

小型化、高紧凑反应堆系统是陆上多用途能源供给的研究重点,直接热-动循环下的能量转换对冷却剂工质选型提出极高要求。为了明确氦氙混合气体、超临界二氧化碳的工质适用性,本文采用数值模拟方法,对二者在圆管内的换热特性进行计算,对比了2种冷却剂的物性,分析了不同加热功率、入口速度、入口温度对冷却剂换热系数的影响,拟合提出了2种冷却剂工质圆管内换热的经验模型。研究结果表明:反应堆在加热功率超过100 kW/m~2、入口流速大于10 m/s下,对流换热系数较大;氦氙混合气体入口温度在1 000~1 200 K、超临界二氧化碳在入口温度550~600 K附近时,对流换热系数存在极大值;在高雷诺数区(Re>10~4),2冷却剂的修正关系式与计算值吻合良好。本文计算能够为新型反应堆开发提供数据及模型基础。

基于循环孔洞扩张模型的X型圆管节点超低周疲劳寿命预测

海洋工程钢结构在服役过程中,受风、浪、流或地震等极端循环载荷的影响,易发生超低周疲劳断裂破坏,造成人员伤亡及财产损失,因此超低周疲劳断裂分析及寿命预测对于海工结构安全性评估至关重要。然而,现阶段基于累积损伤理论提出的多种超低周疲劳寿命预测模型无法对多尺度节点实现统一预测,造成了实际工程应用的不便。因此文中基于循环孔洞扩张模型开展X型圆管节点超低周疲劳寿命预测。首先,开发了基于循环孔洞扩张模型的VUSDFLD程序,实现ABAQUS与FORTRAN子程序联合应用,利用有限元分析验证循环孔洞扩张模型在X型圆管节点超低周疲劳断裂分析中的有效性;其次,根据多组X型圆管节点超低周疲劳断裂有限元分析结果,在宏观层面提出了一种基于Manson-Coffin公式的超低周疲劳寿命预测公式;最后,依据Miner理论,将适用于等幅加载的超低周疲劳寿命公式扩展至变幅加载情况,验证了多种节点尺寸下超低周疲劳公式的适用性,为工程应用提供了理论依据。

碳纤维圆管增强超弹多孔结构振动特性研究

随着船舶工业技术的快速发展,对动力系统隔振装置提出了更加苛刻的要求,现有的橡胶阻尼材料虽然具备良好的减振效果,但仍然存在着质量大、力学承载性能和吸能性能不足等问题,针对上述背景,将橡胶阻尼材料与力学性能优异的碳纤维圆管相结合设计出了一种兼具轻质、抗冲、隔振的碳纤维圆管增强超弹多孔结构,并在前期的研究中已验证了该结构具有优异的抗冲吸能表现。在此基础上,通过试验结合数值表征的方法研究了该结构的振动行为和减振性能,揭示碳纤维圆管对结构固有振动特性和减振性能的影响规律。结果发现,相比无增强结构,填充碳纤维圆管的超弹多孔结构可在增强结构整体刚度的同时实现减振性能的显著提升;试验结果验证了所建立结构数值模型的可靠性,对比不同增强结构的仿真与试验发现随着碳纤维圆管厚度的增加,结构固有频率呈现先增大后减小的趋势;研究结果可为设计新型轻质高刚度高阻尼结构提供参考。

有限壁厚圆管的声辐射

为研究有限壁厚圆管的声辐射特性,使用二维(2D)轴对称时域计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法计算了管口反射系数和端部修正。无限薄圆形管道计算结果与理论值吻合良好,从而证明了计算方法的正确性。研究了壁厚对管口声辐射的影响,计算结果表明,随着壁厚的增加,反射系数的幅值逐渐减小,端部修正系数则明显增大。通过对计算结果的多项式拟合,给出了反射系数和端部修正的拟合公式。最后应用该拟合公式计算管口的辐射声阻抗,结合有限元方法计算了有限壁厚膨胀腔消声器的减噪量(noise reduction,NR),通过与使用自动匹配层计算得到的结果对比,验证了拟合公式的准确性和实用性。

采用矩阵束方法的复合材料圆管周向导波频散数据获取

基于矩阵束算法,提出了一种从弧形阵列采集数据中获取复合材料圆管多模态周向导波频散数据的方法。首先根据留数定理,给出了频率域导波响应信号的多模态周向导波叠加公式,构建了阵列导波信号的Hankel矩阵;然后通过求解Hankel矩阵的广义特征值获取了导波的频散数据,给出了综合利用正向和反向接收弧形阵列处理结果降低频散数据中噪声的方法;最后,设计了碳纤维复合材料圆管中周向传播导波信号的测量实验,利用矩阵束方法获取了圆管周向导波的频散数据,并与采用半解析有限元方法模拟的理论频散曲线进行了对比分析。理论频散曲线与实验数据吻合良好,表明该方法具有很强的鲁棒性,即使采用空气耦合换能器作为发射接收阵列,也可以有效地从弧形阵列波形信号中获取周向导波的频散数据。

支管轴压下高强钢圆管X形节点的承载力计算公式

研究了支管受压的Q460、Q690、Q960高强钢圆管X形节点的静力性能。采用经试验数据验证的有限元模型进行节点有限元参数分析,研究高强钢牌号、支管与主管外径之比(β)、主管外径与其管壁厚度之比(2γ)、主管轴向应力比(n)对节点性能的影响;与有限元参数分析和文献中试验结果对比,评价我国钢结构设计标准计算公式的适用性。结果表明,节点发生主管塑性破坏,节点承载力多由主管局部变形限值(3%主管外径)确定;多数情况下钢结构设计标准计算公式高估了高强钢圆管X形节点的承载力;主管受到压力或较大拉力时均会降低节点承载力。最后,针对不同钢材牌号的圆管X形节点给出了建议的2γ范围。基于主管塑性破坏,提出了考虑高强钢屈服强度、主管拉压效应的圆管X形节点承载力计算公式。

PVC圆管钻孔设备的研发与应用

剑麻集团生产的麻绳需要用PVC材料的圆管进行支撑,需要在圆周上钻孔进行透气。目前PVC圆管的钻孔主要采用人工钻孔的方式,这种方式生产效率低下,作业质量较差。为了解决这一问题,本研究设计一种PVC圆管钻孔设备,对其总体结构进行分析,主要包括:工作台、钻孔机构、驱动组件等结构。设备作业时,将PVC圆管放置在工作台上,在驱动组件中伸缩杆的作用下带动夹紧装置将工件夹紧并驱动钻孔机构的钻头向下移动,使得转动的钻头与PVC圆管接触并进行钻孔,在整个加工过程中,实现自动化控制,生产效率高,加工质量好,安全可靠。该设备操作简单,维修方便,使用成本低,极具市场推广价值。

圆管三维多点辊柔性辊弯成形有限元仿真及不同强化模型对成形的影响

提出了一种采用同一套轧辊生产不同尺寸圆管的新型多点辊柔性辊弯成形工艺,进行了该工艺的有限元仿真。由于有限元建模过程需要对大量轧辊进行装配,并进行相关属性设置,工作繁琐且容易出错,因此基于Python语言在ABAQUS非线性有限元软件中对该成形工艺进行了前处理二次开发。实现了不同成形尺寸圆管的轧辊绘制、材料性能、边界条件、作业等属性自动有限元建模,极大地提高了有限元仿真建模效率以及正确率。针对圆管成形工艺中材料发生反复加载、卸载、再加载过程,基于所开发的前处理插件,调整并生成不同的成形工艺参数的圆管模型,分析了等向强化模型和随动强化模型对圆管多点辊柔性辊弯成形仿真的影响,发现采用随动强化模型的圆管多点辊柔性辊弯成形仿真结果与目标成形形状更相符。

湍流普朗特数对竖直圆管高热流超临界二氧化碳流动传热性能的影响

超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide,S-CO_(2))因其腐蚀性小、临界参数低、高效等优势,广泛应用于燃煤火力发电、聚光太阳能发电、核反应堆等领域。其中,S-CO_(2)通常处于高温高压高热通量的加热湍流状态。现阶段湍流模型主要针对亚临界、拟临界流动问题,对超临界流体流动适用性较差,因此,该文开展超临界工况下管内S-CO_(2)湍流流动传热研究。针对剪应力输运模型(SST湍流模型),建立均匀加热垂直上升管内S-CO_(2)多场耦合数值模型,并通过实验数据验证模型正确性。研究湍流普朗特数(Pr_(t))对湍流模型的影响,并探讨关键运行参数对管内壁温度的影响。结果表明,Pr_(t)对高温高压高热流S-CO_(2)湍流流动传热有重要影响。当Pr_(t)从1降低到0.65~0.70时,内壁温的平均相对误差可降低约3.16%,对流换热系数可增加25.21%。通过对Pr_(t)的修正可以有效提高SST湍流模型的准确性,结果可为高热流密度下S-CO_(2)循环的发展提供一定理论基础。

矿用圆管带式输送机过渡段的仿真研究

通过仿真分析方法实现矿用圆管带式输送机过渡段仿真分析,根据分析结果介绍过渡段优化设计方案。根据矿用圆管带式输送机过渡段基本结构构建过渡段仿真模型,由此实现矿用圆管带式输送机过渡段有限元仿真分析,根据分析结果介绍过渡段优化设计方案,最终将优化设计方案应用于工程实践,检验优化设计方案可行性。

矿用圆管带式输送机弯管段有限元分析

以DSJ100/80/2×160圆管带式输送机为研究对象,介绍一种圆管带式输送机弯管段有限元分析方法。该方法以UG软件与ANSYS软件为主要工具。首先,将输送机弯管段相关参数添加到UG软件内,以构建出弯管段三维模型,将三维模型导入到ANSYS软件内,由ANSYS软件划分网格并设置载荷,进而模拟分析了托辊间距、托辊直径、转弯半径、管径对输送带输送性能的影响,确定出输送机弯管段最佳方案,以此为圆管带式输送机弯管段优化设计提供支持。

圆管涵在多锤头碎石化施工时的结构受力特性研究

结合某公路项目施工实践,针对多锤头碎石化施工时圆管涵结构受力特性展开综合探究,分析了多锤头碎石化锤击荷载作用下路基内部应力变化规律,借助有限元分析模型,对圆管涵安全性实施验算,得到圆管涵位移、应力与板中距离变化的规律,最终得出:圆管涵覆土深度大于3.4m时,多锤头锤击荷载不会对圆管涵造成破坏,且破碎效果显著。

大直径圆管平行错位斜向连接技术研究

针对大直径圆管无法采用常规的冷弯或热弯方式改变方向,空间平行错位过渡连接时处理相对复杂的特点,通过推导提供了一种双斜切法纠偏连接技术,给出了斜切尺寸的求解算法、斜切段的现场定位及安装方法,并提供了工程实例,提高了作业效率。

标准圆管壁厚校准方法的探究

标准圆管作为超声波测厚仪校准的标准器,对超声波测厚仪的曲面壁厚校准十分重要。目前,现行校准规范仅对标准圆管提出了技术要求,但未提供校准方法。本文提出用数显测高仪校准标准圆管壁厚的方法,通过结构受力、运动过程及校准的不确定度分析,验证其可行性与合理性。实验证明:该方法能自动找“拐点”,降低了劳动负荷,提升了工作效率。

圆管端部封板放样优化

圆管端部为斜头相贯线形式,制作时由车间切割出圆管端部斜口,端部切割后配划出封板尺寸,再手工修割封板以此来保证封板与圆管端部槽口的匹配性,本文主要从数控放样方面来优化圆管端部封板的下料方式和下料精度、提高材料利用率、减少手工切割。减少现场二次修割工作量,在保证质量的同时提高生产效率,是企业不断追求的目标。