添加阻热环的熔盐堆用冷冻法兰的结构优化与评价

针对熔盐堆用冷冻法兰使用时中心孔处应力较大、易出现裂纹等问题,提出在法兰内部嵌入阻热环的结构优化方案(阻热环由纯镍包覆,内部填充导热系数很低的气凝胶),以期降低法兰的温度梯度从而降低应力。探究法兰颈部厚度对法兰密封处温度和最大应力的影响,以及拉伸方向(法兰接管方向和径向)对法兰最大应力的影响,以期在降低法兰应力的基础上降低法兰的质量和尺寸。采用有限元法计算法兰的温度、应力及蠕变疲劳损伤。结果表明:法兰内置阻热环可降低温度梯度,进而降低法兰应力;法兰密封处的温度和应力随法兰颈部厚度的减小而降低;沿接管方向拉伸法兰可降低法兰最大应力。最终优化方案中法兰的质量、尺寸大幅下降,减重效果明显,满足ASME NH高温评定要求。

窄翼缘异形柱-波纹钢板剪力墙体系的抗震性能

针对钢结构住宅凸梁、凸柱和抗侧刚度不足的问题,提出一种新型窄翼缘异形柱-波纹钢板剪力墙体系;通过与传统H形钢柱-平钢板剪力墙体系进行对比,确定内嵌波纹钢板布置方式,采用ABAQUS软件建立所提出体系的有限元模型,对所提出体系的抗震性能进行分析,探讨外部框架截面形式与布置方式、波纹钢板厚度与剪跨比等对所提出体系的抗侧承载力、耗能能力和塑性变形能力的影响。结果表明:所提出的体系具有较大的抗侧承载力和较强的耗能能力、塑性变形能力,极限抗侧承载力为设计值的1.73倍,具备一定的安全储备;横向布置的波纹钢板能有效减小其作用于框架梁柱的荷载;采用十字形异形柱使所提出的体系有更强的塑性变形能力;所提出体系中的异形柱偏肢宜沿剪力墙面内方向布置,内嵌波纹钢板厚度宜取为3~5 mm,剪跨比宜控制在1.25左右。

5000t环锻液压机机械结构设计

绿色能源发展越来越快。随着风电、水电等行业的快速发展,锻造法兰的需求量越来越大,竞争也越来越激烈,造成企业老旧设备需要不断优化成本,如将已有压机进行升级改造,将原有的自由锻设备改造为专用法兰制胚的锻造压机。另一方面,随着锻件质量越来越大,原有风电塔筒的主机厂为了节约成本,将采购大型环锻液压机。从而给主机厂带来机遇和挑战,要求主机厂从用户的利益出发设计出满足用户工艺的锻造设备,达到性价比最优的目的。本文通过对环锻液压机的结构介绍,提供设计思路和依据,便于后续的快速设计。

翼缘尺寸对地聚物混凝土T形梁抗弯性能的影响

通过对5根不同翼缘尺寸的地聚物混凝土T形梁和1根普通混凝土T形梁进行四点弯曲试验,研究了翼缘宽度和厚度对地聚物混凝土T形梁抗弯性能的影响,以及与普通混凝土T形梁的差异。研究结果表明:地聚物混凝土T形梁的抗弯极限荷载、屈服荷载、裂缝行为及失效模式与普通混凝土T形梁相似,且延性更优,但其跨中受拉纵筋应变较大,刚度、开裂荷载和最大裂缝宽度限值下的承载力较低。随着翼缘宽度从200 mm增大到500 mm,地聚物混凝土T形梁的刚度、屈服荷载、抗弯极限荷载、延性和在最大裂缝宽度限值下的承载力均增大,跨中受拉纵筋应变减小,开裂荷载无明显变化,但越宽的翼缘宽度能有效承担荷载的也只是靠近腹板的一部分宽度。增大翼缘厚度对地聚物混凝土T形梁抗弯性能的影响与增大翼缘宽度基本一致,但其对最大裂缝宽度限值下的承载力提高效果显著。规范GB 50010—2010和ACI 318—19的正截面受弯承载力设计公式适用地聚物混凝土T形梁,GB 50010—2010的预测更精确,ACI 318—19的安全储备更高。

翼缘尺寸对地聚物混凝土T形梁抗剪性能的影响

为探究翼缘尺寸对地聚物混凝土T形梁抗剪性能的影响,对1根普通混凝土和4根不同翼缘尺寸的地聚物混凝土T形梁进行了集中荷载下的抗剪试验;试验获得了T形梁试件的承载力、挠度、钢筋应变、破坏模式及裂缝的开展等相关参数。研究结果表明:地聚物混凝土T形梁具有与普通混凝土T形梁相似的裂缝扩展、破坏模式及抗剪承载力,但其刚度和斜截面开裂荷载较低,跨中纵筋和箍筋的应变较大;将翼缘厚度与截面有效高度比值从0.24增大到0.48时,地聚物混凝土T形梁的刚度增大、跨中纵筋应变减小,抗剪承载力提高了12.7%,地聚物混凝土的归一化抗剪强度增大了25.3%;当翼缘宽度超过两倍腹板宽度时,继续增大能减小跨中纵筋应变,但地聚物混凝土T形梁的刚度、抗剪承载力及地聚物混凝土归一化抗剪强度不再增大。规范ACI 318—19和Eurocode 2的计算结果明显低估了地聚物混凝土T形梁的抗剪承载力,GB 50010—2010较接近试验值。为更好预测地聚物混凝土T形梁的计算抗剪承载力,建议在抗剪承载力计算公式中增加翼缘有效受剪面积所提供的剪力。

基于拓扑优化和正交分析的混合结构机械臂关节法兰设计

为进一步减轻碳纤维复合材料(CFRP)和球墨铸铁(QT)混合结构机械臂的质量,提出基于拓扑优化和正交分析的混合结构机械臂关节法兰轻量化设计方法。创建六自由度工业机器人动力学模型,分析并求解机器人负载50 kg运动过程中关节所受载荷,并将最大载荷作为有限元分析的输入载荷。基于分析结果,对混合结构机械臂关节法兰进行拓扑优化,并结合加工工艺和正交分析试验,得到最优关节法兰模型。仿真和试验结果表明,当混合结构机械臂关节法兰周向开槽对数为3、轴向开槽个数为2、开槽为40°圆心角时,关节法兰质量、混合结构机械臂最大变形和最大应力相比优化前减少8.95%、2.46%和3.34%,满足机器人的运动性能要求。

异形外圈圆柱滚子轴承径向游隙测量装置设计

针对异形外圈圆柱滚子轴承在高精度、定量载荷条件下的径向游隙测量问题,基于静、动态相结合的测量原理完成了异形外圈圆柱滚子轴承径向游隙测量装置设计。介绍了整机结构以及具体操作步骤,并根据异形外圈圆柱滚子轴承特殊的外圈结构以及自重大引起摩擦力较大的问题采取了加载、测量位置可调整机构以及导轨替代滑动摩擦的设计;对形变误差、径向跳动误差和其他误差进行了分析,各部分误差相对较小。

轴承坯料机械手轴盖3D多工位级进模设计

针对轴承坯料机械手轴盖制件一套三件的成套冲压成型生产要求,运用3D设计软件UG设计了一副11工位连续级进模用于轴盖成套制件的生产。模具中所设计的11工位包括冲孔、落料、拉深、翻边、侧切、侧冲孔等工艺成型手段,模具达到的效果是材料利用率达到64.23%,制件生产效率可达45套/min,模具制造成本降低5%。相比于传统多工序多套单冲模成型工艺,生产效率提高10倍以上。模具中,使用1次拉深成型、3次精修,对多级拉深成型件进行加工能有效降低制件加工难度;使用步进电机送料,氮气弹簧压料和顶料,使模具设计难度大为降低;使用了两种楔紧块驱动型侧滑块机构对制件进行工艺面切除加工和精整形,及燕尾槽压块驱动上模侧冲孔滑块机构使制件的侧面加工得到了可靠保证。使用UG设计软件设计了模具的3D结构,较之于2D排位设计方法,更能有效避免设计缺陷,模具设计效率和可靠性更高。

高磅级旋转法兰结构设计及有限元分析

为了更好地评估旋转法兰在高温、高压下的工作状态,在现有压力级别(300~900磅)旋转法兰的基础上,对1 500磅和2 500磅旋转法兰进行结构设计和建模,并对模型强度和刚度进行校核,同时采用ABAQUS软件进行有限元静态力学分析。结果表明:各公称直径下旋转法兰的计算应力均小于许用应力,刚度满足使用要求;压力等级和法兰尺寸对旋转法兰应力分布存在一定影响,1 500磅旋转法兰存在芯套小端高颈以及垫片与法兰盘相接触2个应力集中区域,2 500磅旋转法兰除上述2个应力集中区域外,其芯套台阶处也会产生应力集中;最大应力均出现在芯套小端高颈处,且最大应力小于材料许用应力,设计的高磅级旋转法兰满足使用要求。研究结果进一步丰富了2 500磅旋转法兰结构设计案例,可为高磅级旋转法兰结构设计提供参考。

后轴封盖复合模设计

对后轴封盖进行工艺分析,对比不同的成形工艺及零件装配的适应性,确定合理的冲压工艺,并对设计的复合模结构进行阐述。经生产验证:成形工艺合理,降低了传统单工序工艺中多次定位误差造成翻边高度不均匀的风险,提高了生产效率,保证零件装配质量的同时,降低了生产成本。

基于强度分析与拓扑优化的洗衣机外桶法兰轻量化设计

以滚筒洗衣机外桶法兰为对象,采用强度分析和拓扑优化对外桶法兰进行结构轻量化设计,在保证法兰强度不降低的情况下,优化后的外桶法兰质量降低了6.43%,实现了外桶法兰结构的轻量化目标,可为零件的结构轻量化设计提供参考依据。

装配式T梁翼板后张法预应力交叉连续梁柱节点施工关键技术

公开了一种装配式T梁翼板后张法预应力交叉连续梁柱节点建造新技术,在装配式混凝土梁柱节点处采用板下一体化叠合T梁翼板端预应力张拉技术,有效改善了梁柱节点受力特性,节点抗负弯矩效果好,预应力梁柱增强节点抗震能力强。采用有限元软件ABAQUS对“低标准,提前张拉”“超标准,控制张拉”两种工况下节点进行优化施工模拟。由分析结果可知:当梁侧加腋板底张拉节点只有柱侧双边张拉时,在保障结构安全的前提下,可在混凝土凝结硬化达到混凝土设计强度的75%时进行张拉;当梁侧加腋板底张拉节点为三边或四边张拉时,在混凝土凝结硬化达到混凝土设计强度的85%时进行张拉;整体技术方案较常规技术可节省45%左右的吊装工期,节点抗震效果更好,成本降低20%左右,有效简化了施工工艺,整体装配建造新技术符合“绿色建造”规范要求。

深水海管法兰组对及螺栓安装装置研究

概述了水下回接技术,通过调查国内外深水法兰连接装置现状,提出一种深水海管法兰组对及螺栓安装装置(Flange Up Tool,简称FUT),并对其结构组成、功能和作业流程进行了分析。

装配式钢框架柱法兰栓焊连接节点受力性能试验研究与有限元分析

为研究一种新型法兰栓焊连接柱节点在多高层钢结构中的工程应用,对3个法兰连接足尺模型试件进行了静力加载试验,并建立ABAQUS有限元模型对其进行对比论证以及理论分析。分析结果表明:新型法兰栓焊连接节点受力性能良好,对比传统法兰连接节点其刚度和承载力均有所提升;新型法兰栓焊连接节点的破坏模式有所改善。得出了不同焊缝尺寸下新型法兰栓焊连接节点的螺栓与焊缝承受弯矩的受力分配比,试验结果与有限元分析结果具有较好的一致性。

基于有限元的法兰轴结构件塑性成形工艺分析

目的针对法兰轴结构件塑性成形过程复杂、工序繁琐、成形效率低、材料易折叠等问题,基于塑性成形理论,对汽车法兰轴零件进行工艺分析,提出2种冷镦成形方案,对法兰轴结构件进行塑性成形工艺研究。方法分析汽车法兰轴的几何特征,采用有限元分析软件对2种冷镦成形方案的成形载荷进行模拟比较,确定较为合理的工艺方案,通过正交试验设计进一步进行工艺参数的优化,选取预成形角度A、摩擦因数B、冷镦速度C、终成形圆角直径R作为4个因素,每个因素对应3个水平,并以成形载荷大小作为考核指标。结果通过有限元数值模拟技术,得到工艺1各工序载荷分别为403、521 kN,工艺2各工序载荷分别为226、518 kN。可知工艺2比工艺1效率高,模具使用寿命更长。最后通过正交试验法获得各因素对成形载荷影响大小的排序为:摩擦因数>冷镦速度>终成形圆角直径>预成形角度,最优工艺组合为:预成形角度19°,摩擦因数0.2,冷镦速度15 mm/s,终成形圆角直径3 mm。结论工艺2的冷镦成形方案缩短了锻件生产试验过程和修模时间,能够满足设计要求,为实际生产金属零部件提供了理论依据。

大直径高压设备法兰优化设计

随着设备的大型化和特殊化,在设计中常会遇到一些大直径高压设备法兰超出现有标准使用范围的情况。以某海上平台项目中的过滤分离器为例,分析了八角垫在高压设备中的使用优点,计算确定了垫片中心圆直径和螺栓配置方法。通过分析法兰环厚度和锥颈大端厚度对法兰3项应力的影响规律,推荐了法兰结构尺寸调整方法。采用增大法兰锥颈大端厚度、适当减小法兰环厚度方法优化后的法兰结构更加合理,密封性能可靠,并可节省材料。

循环横向载荷作用下旋转松动期内螺栓法兰连接结构松动行为

为研究横向载荷下旋转松动期内螺栓法兰连接结构松动行为,建立了多种带螺纹升角螺栓法兰连接结构精细有限元模型,分析了不同拧紧工艺对螺栓预紧力大小及散差的影响,进行了松动条件理论分析,从理论上揭示了螺栓松动现象发生的所需条件,并基于预紧力变化和螺纹接触面、螺栓头接触面黏着-滑移接触状态变化情况对循环横向载荷下旋转松动期内连接结构松动行为进行了仿真计算,主要系统分析了螺栓初始预紧力、横向载荷幅值、螺栓位置、螺栓个数、螺栓直径、接触面摩擦系数、止口紧度影响因素对连接结构松动行为的影响规律。结果表明:初始预紧力越大、横向载荷幅值越小、螺栓个数越多、接触面摩擦系数越大、螺栓直径越大、止口紧度越大,连接结构松动越难发生;存在一横向载荷幅值临界值,当小于此临界时,各螺栓均不发生松动,大于此临界时,有螺栓发生松动;存在一螺栓位置值,使连接结构松动最不容易发生。

振动载荷频率对螺栓法兰连接结构松动行为仿真分析

为探究振动载荷频率对螺栓法兰连接结构松动行为的影响规律仿真分析,首先建立了带螺旋升角螺纹的螺栓法兰连接结构精细有限元模型,进行了全六面体网格划分,采用了施加力矩法施加初始预紧力,运用Yamamoto方法和Spowith方法验证了模型的有效性,然后进行了螺栓松动条件理论分析,最后进行了振动载荷下螺栓法兰连接结构松动行为仿真计算,基于螺栓预紧力变化和螺纹接触面、螺栓头接触面黏着-滑移接触状态变化情况分析了振动载荷频率对螺栓松动行为的影响规律。结果表明,存在一振动载荷频率临界值,使得螺栓松动最不容易发生;一定范围内,低振动载荷频率较高振动载荷频率振更容易引起螺栓松动;当达到一定值后,振动载荷频率将对螺栓松动影响较小。

基于代理模型的箭体连接结构极值响应分析与优化

螺栓法兰连接结构在航空航天等工程领域中广泛应用,其力学性能在不同工况和装配情况下十分复杂.由于拉压刚度差异,含连接结构的箭体动力学响应呈现明显的非线性特征.因此,考虑不同连接参数及工况下的连接非线性动力学响应,对结构优化设计有着重要意义.本文针对以双线性弹簧表征螺栓法兰连接非线性的箭体等效动力学模型,基于径向基函数(RBF)神经网络和响应面法分别建立其连接面处的极值响应代理模型,对比发现RBF神经网络模型在较高精度上可以实现对动响应极值的预测及分析;同时分析了不同载荷参数及刚度变化对连接结构动响应极值的影响;最后,利用RBF神经网络代理模型,开展了连接面加速度极值响应与螺栓弹簧力最小化为目标的连接结构参数优化.

核电厂设备闸门法兰密封结构对密封性能影响的研究

设备闸门贯穿核电厂反应堆安全壳,是安全壳承压边界的重要组成部分。为确保连接处的密封性能,设备闸门封头与预埋贯穿筒节间的连接采用法兰密封连接结构。对于法兰密封连接结构,密封圈和密封槽的匹配性设计尤为重要。采用试验的方法对设计的6套双道密封圈法兰密封结构进行密封性能试验验证,结果表明单沟槽双道O形密封的双道密封圈法兰密封结构密封性能综合评价最高,采用该结构方案可有效确保核电厂设备闸门封头法兰与预埋贯穿筒节法兰间的密封连接结构的密封性和安全性,为核电站的安全、可靠运行提供技术保障。