充气柱结构压缩过程的非线性流固耦合分析

充气柱结构压缩过程的研究是认识充气结构力学特征的基本途径.充气柱压缩过程涉及膜材和内部气体的耦合作用、膜材的大位移大转动、膜材和压板的接触,是一个强烈非线性过程.针对这些问题,本文基于abaqus/Explicit平台,对充气柱压缩过程展开数值模拟,并通过实验测得气压、承载力、温度对模拟结果合理性及有效性进行讨论.结果表明,气压、承载力模拟结果与实验值吻合较好,最大偏差分别为1.57%和0.77%,偏差来源于实验时气体并非严格等温变化;模拟结果还阐释了压缩过程中的能量转换,即外力做功主要转化为膜材的应变能及腔内气体能量,等温过程中腔内气体能量又转化为热量散失.本文分析方法可为研究、预测充气柱压缩性能,认清压缩过程中的能量转换提供参考.

基于有限元的400 MN大型模锻压力机温度场分析

模锻件热传导和辐射会造成钢丝缠绕模锻压机机架和动梁温度升高,使钢丝层蠕变加剧、预应力损失,液压介质性能下降,温度场分析至关重要。运用ABAQUS对400 MN模锻压力机进行稳态和瞬态温度场有限元分析,研究顶出缸、动梁钢丝层、机架钢丝层等部位温度场分布特征。结果表明,模具工作温度300℃时,48 h钢丝层温度不大于75℃,满足设计要求,8.4 h顶出缸油温大于70℃,超出设计允许值。鉴于改善散热条件无法有效降低油温,提出缸底、端部加隔热垫片(A)和模具、上模座间加隔热垫片(B)两种结构改进方案,经模拟验证,方案B效果佳,48 h顶出缸油温低于70℃,满足设计要求。有限元分析结果与温度场测量结果基本吻合验证了模型的合理性,温度场分析为压力机结构设计及锻造工艺制定提供有益参考。

重型液压机机架变形的数字图像相关测量与降温法有限元模拟

使役状态机架变形测量及机架完整性评价对钢丝缠绕重型模锻液压机的安全运转至关重要。常规的测试手段有局限性无法实现机架变形全场测量,运用数字图像相关法(Digital image correlation,DIC)实现了400 MN模锻液压机加、卸载工作循环机架位移和变形的全场测量。用降温法模拟钢丝缠绕预紧力,对机架预紧、合成工况进行有限元模拟,有限元结果与DIC测量结果吻合,验证了降温法有限元模型。研究机架工作循环变形特点,加、卸载过程中机架变形基本对称,标识点水平间距A2D2最大变化量5.45 mm,竖直间距A1A3最大变化量1.53 mm,均符合设计要求。基于DIC的测量方法有效解决了重型液压机机架变形全场测量难题,并为降温预紧有限元模型提供了验证,为钢丝缠绕液压机设计提供了有益参考。

研究NiTi合金相变局部化现象的宏观原位多场测试方法及分析

利用光学观测局部化相变场,数字图像相关(Digital image correlation,DIC)方法测量应变场,红外热成像技术测量温度场,设计一种宏观原位多场测试装置,以研究NiTi形状记忆合中应力诱发马氏体相变中出现的相变局部化和相变带演化规律。此外结合高低温动态冷热循环热力学试验系统和DIC方法,设计一种高低温下宏观原位多场测试的试验装置,用以研究温度诱导相变失稳引发的局部化。详细阐述2种试验方案的设计和安装细节,分析和讨论2套试验方案中影响测量效果和精度的关键参数,并利用两套测试装置获得了局部化的多场数据。

输电铁塔有限元分析与优化设计

该文采用有限元优化分析方法并基于ANSYS软件分析平台,对输电铁塔结构(以钢管塔为例)进行了有限元分析和优化设计。在结构分析中,基于APDL语言,采用参数化有限元模型,对初始设计方案在各工况下的力学行为进行有限元分析,评估了结构在不同工况下的力学性能。在此基础上引入优化设计,对初始设计方案进行优化,在满足强度准则的前提下,结构总质量优化降幅达30%。此外,该文还提出了铁塔设计的一般思路:经验设计——有限元结构分析——优化设计,提高了设计效率,节省了成本,可为解决类似工程问题提供参考。

网套波纹管变形行为的仿真分析

本分析针对航空、航天、石油化工领域广泛使用的复杂构件网套波纹管的变形行为,提出网套波纹管复杂力学行为的模拟仿真分析方案。在航空、航天、石油化工领域起重要参考作用。背景介绍网套波纹管广泛应用于航空、航天、石油化工等领域管路系统中,网套波纹管主要由波纹管、网套构成,起吸收位移、振动、噪声等作用。波纹管是网套波纹管主体构件,和普通圆柱形薄壁管不同,波纹管在薄壁管外又具有很多横向凸起的波纹。波纹的作用是降低管件的刚度,使其较易变形,可以承受较大的位移载荷。当波纹管用于管路系统中时,管路其他部分产生的位移可由波纹管“吸收”,这种缓冲作用可以降低管路的刚度。金属波纹管材料主要是不锈钢,结构上可有多层,通常使用的以单层为主,也有双层、三层形式。

基于流固耦合分析的充气柱结构压缩过程中的刚度研究

充气结构是广泛应用于航空航天领域的轻型结构.充气柱作为充气结构的一种基本形式,对其压缩性能展开研究是了解充气结构力学性能的基本途径.压缩刚度作为充气柱压缩性能的基本指标,受多种因素影响,如下压量、充气柱尺寸、材料参数等.常规的单纯基于理论推导、模拟、实验的研究均存在不足.本文结合理论推导、非线性流固耦合模拟及实验手段,克服3种方法的不足,综合其优点,最终得到了充气柱压缩刚度的显式经验表达式,定量表征压缩刚度和其影响因素之间的关系.结果表明充气柱压缩刚度与各因素间存在较复杂的非线性关系.该经验表达式为研究充气柱结构压缩性能提供了参考.

外界约束下充气柱弯曲性能

为研究外界约束、加载方式对充气柱弯曲性能的影响,设计了充气柱无约束三点弯曲、端板约束、端板约束及传力框、全封闭约束实验方案。通过实验和流固耦合非线性分析,分别研究了这4种方案下充气柱的承弯性能,并从充气柱变形特征、受力特点等角度分析各方案的差异。结果表明:无约束三点弯曲的承弯性能最差,端板约束方案的承弯性能有所提高,端板约束及传力框方案的承弯性能有显著提升,全封闭约束时承弯性能大幅提升。该研究为工程中提高充气柱的承弯能力提供了参考。