起重装备系统安全评价软件的开发及工程应用

当前大量起重装备已接近设计使用年限,有必要对其开展快速、高效的系统安全评价。采用层次分析法进行各层级指标的权重计算,结合多级模糊综合评判法,基于Matlab软件的开发环境,设计起重装备系统安全评价软件,并对某门座起重机进行评价。结果显示,该软件应用价值良好,为在役起重装备快速、高效的系统安全评价提供了平台。

基于改进多目标粒子群的大型设备群检测策略优化方法

在大型履带起重机群(大型设备群)检验检测中,存在检测工期紧、检测质量和人员安全要求高、经济效益最大化等多目标约束下的最优检测策略制定问题,为此,提出了一种基于改进多目标粒子群的大型设备群检测策略优化方法(MOPSO)。首先,利用变异算子对传统的多目标粒子群算法优化方法进行了改进;然后,根据大型设备群检测项目的实际需求构建了检测工期、检测成本、检测质量与安全的多目标优化模型,并确定了各子目标的约束条件;最后,将该优化算法和构建的模型应用于大型履带起重机群的检测项目中,对该方法的有效性进行了验证。研究结果表明:与传统检测策略相比,在保证质量和安全的前提下,利用该方法得到最优的检测策略,其检测周期仅需3/4,检测单位成本节省了14%,受检单位成本节约了32.8%,极大地提升了检测效率,降低了企业和检验单位人力、经济和时间成本。因此,该方法具有良好的实用性和推广应用价值。

金属化光纤焊接封装的四层应变传递影响因素研究

为研究焊接式封装的四层光纤光栅传感器的应变传递特性,通过数学模型分析应变传递的干扰因素,研究单物理量和双参量与X轴向应变传递率的关系,并运用Ansys Workbench有限元法对理论分析进行验证。结果表明,300℃时应变传递率为91.1%,泊松比对应变传递影响较小,厚度与应变传递率成反比;与焊层相反,镀层弹性模量越小越有利于应变传递,焊接长度为4 mm时应变传递率达99.5%,理论与仿真具有较高一致性,误差在0.004以内。

耐高温光纤光栅传感器恒幅载荷下的疲劳寿命分析

在高温环境下测量聚酰亚胺光纤光栅应变传感器的应力应变时会受到自身性能的影响,从而导致传感器的测量精度和耐久性能退化,最终导致传感监测的准确性降低。采用恒幅载荷的加载方式对光纤光栅传感器本身进行疲劳性能测试,采用单点试验法获取传感器的应力疲劳寿命曲线,通过光纤断面电镜图判断传感器的失效机理,并通过应力疲劳系数对比单轴拉伸试验与循环载荷试验下传感器断裂速度,可在一定程度上描述光纤光栅应变传感器的疲劳寿命。

表面焊接式光纤布喇格光栅应变传感器的疲劳性能研究

针对用于起重机械结构健康监测的光纤布喇格光栅(FBG)应变传感器疲劳性能未知问题,采用动态载荷与静态拉伸相结合的试验方法,对起重机械钢结构疲劳损伤监测中的3种封装形式FBG应变传感器开展了疲劳性能研究,分析了反映传感器性能的灵敏度系数、带宽、边摸抑制比、峰谷比、零点波长、动态应变分别随疲劳次数增加时的变化情况。试验结果表明:3种封装方式的FBG应变传感器疲劳前后,在加载、卸载相同载荷时,灵敏度系数相差最大不超过0.1 pm/με,带宽均值为0.19~0.23 nm,峰谷比和边摸抑制比随疲劳次数的增加变化趋势相同,零点波长变化最大值为0.31 nm,动态应变符合二次指数函数分布特征。

基于HGSA的起重机振动监测传感器布置及应用

为解决起重机械监测传感器布置手段缺失、布置点位搜索效率低,测点不够准确的问题,提出了一种基于和声遗传搜索算法(harmony genetic search algorithm,简称HGSA)的振动传感器布置方法。首先,建立模型进行模态分析,得到各阶位移矩阵,通过参数对比建立最优参数组合;其次,采用随机搜索机制对位移矩阵进行快速搜索得到初步解;然后,通过对初步解进行反复遗传和变异迭代得到最优解;最后,以门式起重机试验装置为对象,采用模态数据分析系统分别对HGSA、和声搜索(harmony search,简称HS)和遗传算法(genetic algorithm,简称GA)得到的传感器布置方案进行对比。结果表明,HGSA得到的测点频率响应函数峰值更大,能够更加有效地反映结构的振动响应。该方法为起重机械振动监测传感器安装提供了一种新手段。

基于有限元分析的高温管道法兰密封设计

针对石油化工领域内设备的管道法兰连接系统的泄露问题,为提升其安全性,提出了一种法兰密封的设计方法。以某试验台高温管道处的法兰连接系统为研究对象,根据Taylor-Waters法对该连接系统垫片处进行紧密性分析,建立该连接系统的三维有限元模型。进而,对该连接系统进行温度场分析以及对该系统各部件的法兰连接不连续部位进行沿路径的线性化分析,得到法兰、螺栓、垫片的稳态温度场分布。结果表明:法兰内外壁温度具有沿半径方向逐渐降低,沿轴线方向呈先增后减趋势等规律。其次,根据《钢制压力容器——分析设计标准(2005年确认)》,对法兰接头进行强度评定,可知不同工况时,上下法兰、螺栓与垫片应力分布云图均具有对称性,且经多次应力评定,该法兰与螺栓的强度均能满足要求。最后,对垫片作路径分析,得各工况下的垫片压应力均远大于其初始密封比压,该垫片具有良好的密封性。

稀疏度自适应匹配追踪的欠采样BTT信号重构方法

为了解决叶尖定时技术所测量信号严重的欠采样问题,引入了稀疏重构算法,基于叶尖定时技术采样原理构建了用于信号重构的测量矩阵,并利用稀疏度匹配追踪原则对传统稀疏重构算法需要预先确定稀疏度的前提条件进行了改进,克服了传统稀疏重构算法的不适用问题。利用改进算法只需少量的欠采样数据就可以重构出完整的旋转叶片振动信号,即所重构出的信号能够满足采样定理的要求。为了验证该方法的可行性和准确性,采用数值建模与试验测试进行了对比分析,结果显示所提方法所重构的信号与仿真建模信号的频率成分误差小于0.15%,表明该方法具有良好的重构效果。

在役设备材料弹塑性力学参数测定方法综述--小冲杆实验力学研究进展之一

20多年以来,采用小型试件的小冲杆试验技术来测量在役设备材料的各种力学参数已经取得了很大进展,这个方法已经用来确定材料的弹性模量、屈服强度、塑性性能、抗拉强度、韧-脆转变温度、断裂韧度、蠕变性能和黏塑性性能等各种力学性能。由于从小冲杆试验的测量结果来确定材料的力学性能是一个反问题,因此,与此有关的反问题分析方法也得到了相应的发展。本文系统综述小冲杆试验的测量技术及从测量数据来确定材料弹塑性参数的各种经验方法和计算方法,例如有限元分析和参数法、反向有限元法、有限元和反方法、反向识别和人工神经网络、有限元优化和试验变形形状以及杂交反方法等。

大型储罐不均匀沉降及地震力作用下应力仿真分析

为了探究大型储罐在不均匀沉降、地震力以及二者耦合作用下的应力分布情况,利用Ansys/Workbench有限元软件对某5×10^(4)m^(3)大型浮顶储罐进行了建模仿真。结果显示相较于理想工况下储罐的应力分布,不均匀沉降或地震力工况下储罐结构应力变化均较小,储罐相对安全;但双因素耦合作用下储罐会产生严重的应力集中,Mises应力最大值达835.03 MPa,已远大于材料强度极限值740 MPa,储罐已处于不安全状态,考虑地震力的不可抗性,大型储罐运行中应严格控制不均匀沉降变化范围。

大型起重机械结构健康监测技术研究进展

简要介绍ASHM实验室近两年在基于光纤光栅传感器的大型起重机械健康监测技术、基于光纤声发射传感器的大型起重机械局部损伤监测技术,以及基于无线传感节点的大型起重机械健康监测技术研究等方面所取得的阶段性研究成果,部分研究成果已在现场进行应用试验,效果良好。大型起重机械结构健康监测技术不仅能实现对起重机械结构健康状况进行实时监测,还能及时捕获起重机械结构失效的前兆,预防突发性灾难事故,避免重大人员伤亡与财产损失。

客运架空索道系统动力特性分析方法

客运架空索道系统的固有频率与模态是衡量索道系统固有动力特性的重要指标 ,固有频率的大小直接关系到结构在各种不同的激励条件下是否会发生动力放大效应与共振。文中首先解决索道系统分析中的有限元建模问题 ,包括典型柔性索道的模型状态 ,然后利用ANSYS程序的子空间迭代法求出结构最低各阶的特征值与特征向量 ,并计算出三种工况下的前 40阶固有频率与振动模态 。

重要性抽样法在管节点疲劳可靠性分析中的应用

提出了用重要性抽样的ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ模拟法计算管节点的疲劳失效概率，并与直接抽样的ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ法进行了比较。

客运架空索道系统整体静力特性分析

针对客运索道系统中悬索、塔架、吊篮等特定结构 ,着重解决了索道系统分析中的整体有限元建模问题 ,并提出了客运索道系统在自重或风力作用下的应力分析方法 。

表面疲劳裂纹扩展性能曲线测试的小样本方法

提出了一种测试表面疲劳裂纹扩展性能曲线的小样本方法 ,该方法可以综合利用以往的经验数据和当前试验数据确定表面疲劳裂纹扩展性能曲线 .与传统的只能利用当前试验数据确定表面疲劳裂纹扩展性能曲线相比 ,其可利用的信息量有了大幅度增加 ,所以 ,在精度相同的情况下 ,可以节省大量试件 ;而且在试样数一定的情况下又可大大提高预测精度 .文中还给出了一个试验对比实例 .

接管高应变区缺陷的安全评定概率方法研究

随着计算机技术飞速发展，Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ 法在压力容器可靠性分析中得到广泛应用。但对于小概率情形，利用直接抽样的Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ 法进行失效概率计算，费用较高。为此，笔者提出了几种新的失效概率近似计算方法，并以压力容器接管为例，对其断裂失效概率进行了计算，同时还和直接抽样的Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ 法的计算数值进行了比较。结果表明，新的失效概率近似计算方法具有精度高、节省机时的优点。

海洋平台E36-Z35钢表面疲劳裂纹扩展速率的蒙特卡洛模拟

本文利用蒙特卡洛法模拟分析海洋平台Ｅ３６Ｚ３５钢表面疲劳裂纹扩展速率，并确定了算式中的参数分布规律及相关性。通过计算数据与试验数据的对比分析，表明蒙特卡洛法模拟结果合理、可靠。

快开式压力容器异型密封圈有限元分析

密封圈依靠弹性体材料的弹性在初始装配过盈量或预加载荷的作用下实现自密封.为了解决密封圈在快开式压力容器中的泄露问题并改善丁晴橡胶密封圈的抗疲劳破坏性能,采用有限元的方法对快开门的结构进行简化并对其不同间隙、不同硬度的情况进行分析.首先建立几何简化模型,其中材料模型采用Mooney-Rivlin模型,再分别对硬度为60、70、80、90和间隙为2mm、3mm、4mm的模型进行有限元分析.结果表明:材料的硬度越大,密封圈的变形量越小,硬度为70时的最大等效应力最小,为10.917 MPa;间隙越大,密封圈挤入间隙的体积越大,间隙为2mm时丁晴橡胶的最大等效应力最小,为11.418MPa.综合考虑丁晴橡胶的变形回弹、老化、疲劳破坏等因素,选取合适的硬度为70Hr,合适的间隙为2mm,在此条件下,既能解决密封圈泄漏问题又能改善它的使用寿命.

大型起重机械健康监测系统开发与应用

设计并开发了一种大型起重机械健康监测系统,该系统主要有光纤传感子系统、解调子系统、健康监测诊断与管理子系统等组成。其中健康监测诊断与管理子系统包含:基本参数模块、数据采集模块、数据处理模块、数据显示和回放模块、数据诊断模块以及设备信息管理模块。该系统的应用使原来繁琐、困难的数据采集变得更加可靠、安全、方便,为实现对起重机械在各种环境、荷载等因素作用下的长期实时监测提供了条件。

在役设备材料断裂力学参数测定方法综述——小冲杆实验力学研究进展之二

20多年以来，用小型试件的小冲杆实验技术来测量在役设备材料的各种力学参数已经取得了很大进展。小冲杆实验的试样虽然还没有标准，但一般均采用直径为3～10mm，厚度为0．1～0．5mm的圆片试样。这个方法已经用来确定材料的弹性模量、屈服强度、塑性性能、抗拉强度、断裂形态转变温度、断裂韧性、蠕变性能以及表示塑性硬化和韧性损伤的微观力学参数和黏塑性性能等各种力学性能。该方法兼具取样方便和几乎无损的优点，非常适用于那些无法取出传统试样或取样不经济的场合，因此引起科技界和工业界的关注。本文综述了小冲杆试验的测量技术及从测量数据来确定材料断裂形态转变温度、断裂韧性和主曲线的移动温度的各种计算方法研究进展。