SRPE管约束GFRP海砂混凝土柱的轴压力学性能研究

采用试验与数值模拟相结合的方法,研究了钢骨架增强聚乙烯(SRPE)管约束玻璃纤维增强塑料(GFRP)海砂混凝土柱的力学性能和受力机理。通过24个轴压短柱试验,研究SRPE管钢丝体积配箍率、混凝土强度和GFRP箍筋间距等参数对组合柱力学性能的影响规律;在确定合理材料本构模型的基础上,运用ABAQUS有限元软件进行数值模拟和参数分析。结果表明:在试验参数范围内组合柱虽均发生剪切破坏,但仍具有较好的延性,说明SRPE管和GFRP箍筋对海砂混凝土形成了良好的约束效应;有限元数值参数分析结果表明,提高环向钢丝体积配箍率能显著提升峰值承载力、剩余承载力和延性,提高混凝土强度能显著提升峰值承载力、剩余承载力和弹性刚度,但延性明显降低,其他参数对组合柱力学性能的影响程度不显著;基于参数分析结果,提出了组合柱轴压承载力和峰值应变简化计算式,可为类似工程实践提供参考。

配筋空心圆钢管高强混凝土轴压短柱工作机理分析

目的 提出一种配筋空心圆钢管高强混凝土新型组合柱,分析其在轴向荷载作用下的工作机理,以解决空心钢管混凝土柱空心率较大和延性差等问题。方法 对配筋空心圆钢管高强混凝土短柱进行轴压试验,利用ABAQUS有限元分析软件建立组合柱的有限元模型,以试验结果验证有限元模型的准确性。对组合柱的受力工作机理进行分析,重点研究其在轴向荷载作用下的受力过程、各组分分担内力比例和应力状态。结果 与空心圆钢管高强混凝土柱相比,未配置普通钢筋的试件峰值承载力提升了6.37%、DI提高了6.64%、SI提高了3.59%,配置普通钢筋的试件峰值承载力提升了13.31%、DI提高了8.12%、SI提高了5.68%。整个受力过程中,管柱混凝土和夹层混凝土承载的内力比例分别为36.2%~39.7%和29.0%~30.6%。结论 配置普通钢筋的试件具有更高的承载能力和延性能力;夹层混凝土和管柱混凝土在加载过程中为主要受力组分;钢筋在加载前期基本不承担内力,进入塑性强化阶段才开始发挥作用。

方形不锈钢管超高性能混凝土(UHPC)短柱轴压性能研究

方形双相不锈钢管超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)短柱是一种创新高效的组合结构形式。为了研究其轴压承载力性能,该文设计了9根双相不锈钢管UHPC短柱、3根双相不锈钢管普通混凝土短柱和3根双相不锈钢管试件。试验的主要参数为双相不锈钢管宽厚比和核心混凝土强度。试验结果表明:套箍系数是影响方形双相不锈钢管UHPC短柱试件破坏形态和极限轴压承载力的主要因素。随着不锈钢壁厚从4 mm增大为8 mm,方形双相不锈钢管UHPC短柱试件的破坏形态由剪切型变为“镦粗”型,试件极限承载力的平均提升率为55.43%,试件残余强度剩余率的平均提升率为17.45%。同时,讨论了试件的强度提升指数、混凝土贡献率及延性等基本力学性能,分析了倒角对短柱试件刚度的影响,提出了核心混凝土有效约束区的划分与试件宽厚比的关系。基于试验结果和Mander约束混凝土模型,采用叠加原理建立了精确度较好的方形双相不锈钢管UHPC短柱极限承载力预测公式。

复合周期永磁聚焦系统轴向磁场计算方法

针对高功率和高频率真空电子器件对大电流低脉动电子注聚焦的要求,文中基于一种高峰值且高次谐波可调的复合周期永磁聚焦系统,建立了理论计算模型并对其进行了分析和验证。该结构引入新极靴构成复合周期调节磁场高次谐波,以提高大电流电子注的稳定性。为优化磁场高次谐波,进一步拓展磁场参量稳定区,考虑极靴处磁场强度的影响,在理想化模型的基础上建立修正型理论模型,通过分析聚焦结构各参数分别对不同谐波的影响,并与CST软件计算结果对比,将理论模型磁场峰值处计算误差由8.08%降低到3.91%,平均误差由1.30%降低到1.04%,为复合周期永磁聚焦系统快速设计提供了一种方法。

内填纤维混凝土加固钢管柱轴压性能研究

通过有限元方法研究内填纤维混凝土加固钢管柱轴压性能,分析钢管初应力、构件长细比、含钢率、内填混凝土强度等对加固柱受力性能的影响。结果表明:初应力的存在降低了加固钢管柱的轴压承载力,表现出初应力越大承载力降低越大的趋势;随着长细比的增大,初应力对加固钢管柱轴压承载力的影响越显著。通过引入承载力系数(K_(c))考虑钢管初应力对内填纤维混凝土加固钢管柱轴压承载力的影响,研究发现钢管初应力和长细比是影响K_(c)的主要因素,含钢率、内填混凝土强度等对K_(c)的影响为2%,计算承载力时可不予考虑。在此基础上,提出了考虑初应力影响的加固钢管柱轴压承载力计算式,计算值与试验值吻合较好。

BFRP条带-PVC管材复合加固纤维再生混凝土短柱轴压性能

为了研究BFRP条带-PVC管材复合加固纤维再生混凝土短柱的轴心抗压性能,对13组再生混凝土短柱进行了轴压试验和理论分析。主要研究变量为BFRP条带层数(0层、1层、3层)、BFRP间距(25 mm、37.5 mm和50 mm)和加固方式(无侧向约束、BFRP条带加固和BFRP条带-PVC管材复合加固)。研究结果表明:BFRP条带-PVC管复合加固不仅可以提高试件的极限承载力,还可以改善纤维再生混凝土短柱的破坏形态。在应力-应变曲线的非线性强化阶段,加固方式对试件刚度的影响更为显著。随着BFRP包裹量的增加,试件的峰值应力和极限应变均明显增加。依据试验数据建立的软化段的应力-应变计算模型具有较好的适用性。

CFRP-PVC管约束珊瑚海水海砂混凝土柱轴压性能试验研究及有限元分析

为研究碳纤维增强聚合物-聚氯乙烯复合管(CFRP-PVC)约束珊瑚海水海砂混凝土(CSSC)柱的轴心受压性能,对6个试件进行轴心受压加载试验和有限元参数分析,重点研究了PVC管内、外表面CFRP层数和脱空缺陷对该组合柱轴压性能的影响。结果表明,CFRP-PVC管可以有效约束CSSC,使其处于三轴受压状态,当内、外壁均粘贴CFRP时可以有效减缓突然破坏的特征。相同情况下,管内壁粘贴1层CFRP时具有更好的延性和承载力,管外壁粘贴2层CFRP时约束应力提高系数高达121.5%,脱空缺陷仅对延性有显著影响。基于ABAQUS软件建立了CFRP-PVC约束CSSC柱有限元模型,准确还原了组合柱在轴向荷载作用下的破坏过程和CFRP损伤形态。当组合柱套箍系数小于0.3或长径比大于14.54时,荷载-位移曲线会失去强化段,提高外层CFRP层数会小幅提高强化段刚度。提出了适用于CFRP-PVC约束CSSC的承载力计算方法,误差为1.2%。

基于流固耦合的轴流泵叶片应力特性

为计算轴流泵叶片的应力及变形情况,在Workbench平台上,采用Ansys和CFX软件对轴流泵内部流场和叶轮结构响应进行双向顺序流固耦合联合求解,其中流场计算基于RANS方程,采用RNG k-ε双方程湍流模型,结构计算采用弹性体结构动力学方程.对叶轮叶片在流固耦合作用下的变形和应力分布进行了计算,分析了流固耦合作用对轴流泵扬程和效率的影响.计算结果表明:在流固耦合作用下轴流泵叶片的最大位移发生在叶片进水边轮缘处,叶片出水边及根部位移较小;叶片根部与轮毂接触处靠近进水边一侧存在明显的应力集中现象;叶片的应力和变形均随轴流泵流量的增大而逐渐减小;与不考虑流固耦合作用相比,考虑流固耦合作用的数值计算得到的轴流泵扬程和效率均有所下降,但下降幅度较小.

轴心受压约束钢管柱温度应力试验研究

为揭示轴心受压钢构件温度应力的变化规律,利用自行研制的专用设备,采用恒载连续升温试验方法,设13级约束刚度,3级初应力,6种长细比,对215根Q345钢管柱进行试验研究。结果表明:①温度应力是最重要的作用效应,在钢结构耐火设计与评估中必须考虑。升温后期温度应力虽下降,但此前试件已经失效。②约束刚度和长细比越大,温度应力越大,试件的破坏温度越低,反之相反;约束刚度越大,长细比越小时,温度应力-温升曲线塑性平台越长。③长细比影响试件的破坏特征:长细比较大时,破坏后侧向残余变形较大,轴向变形较小,为失稳破坏;反之相反,为强度破坏。④不同的初应力下在温升初期曲线基本重合,斜率相同;初应力越低,温度应力越大,曲线从初始重合曲线上分离越晚,反之相反。⑤随温升增大,曲线呈现4个阶段:温升较小时,温度应力与温升呈线性关系;随后应力增长变缓,呈非线性关系;温升继续增大,温度应力保持不变,试件进入塑性阶段;最后随温升增大而温度应力变小,试件失效破坏。

GFRP管钢骨混凝土轴压短柱承载力研究

GFRP管钢骨混凝土组合柱是一种新型组合构件,由GFRP外管、钢骨和混凝土三部分组成.为研究组合柱的力学性能,进行了5根GFRP管钢骨混凝土组合柱的轴压试验.通过编制程序,以配骨率、GFRP管壁厚度、混凝土强度为主要参数,计算了9个构件,得到其轴向荷载与应变关系曲线.结果表明:组合柱承载力随着配骨率的增加、GFRP管壁厚度的增加及混凝土强度的增加而提高,且变化幅度相对明显.分别采用简单叠加法和统一理论两种计算方法,建立组合柱轴心受压承载力计算公式,理论计算结果与试验结果吻合良好.

复合材料连续管设计技术研究

综合分析了国外复合连续管技术现状,并根据连续管钻井工况要求,设计了一种由内衬层、结构层和外保护层组成的三层结构复合材料连续管:内衬层采用改性聚偏氟乙烯或聚氨酯连续拉挤成型,耐腐蚀,耐磨损,防渗漏;结构层采用高强玻璃纤维为增强体,改性酚醛或聚醚酮为粘结树脂,通过连续编织拉挤成型,能承受管体轴向拉力及压力、内压和扭矩;外保护层采用改性聚四氟乙烯微粒或聚酰胺微粒增强聚氨酯注射成型,耐磨损,耐腐蚀。采用ANSYS有限元软件对结构层进行了强度分析,结果表明,采用高强度玻璃纤维和改性树脂通过连续编织拉挤成型工艺制备复合材料连续管结构层是可行的。

薄壁管轴压胀形关键工艺参数及成形极限

利用粘性介质传压,对薄壁管轴压胀形进行了研究;基于塑性理论和分散性失稳理论,推导了轴对称胀形内压力分布规律,得出了内压加载区间和轴向加载关系;建立了基于载荷控制的加载函数,提出了送料控制方法,优化了加载模式;基于集中性失稳理论,计算了胀形压力极限,建立了均匀变形极限和极限应力比的概念,形成了零件可成形性的基本判据;分析了管材成形过程中应力变化特点,揭示了管材胀形区由拉-压应力状态迅速发展到双向受拉的机理.通过实验并利用有限元方法对薄壁管轴压胀形过程进行了模拟计算和研究,验证了理论分析结果.

注气井中油管轴向位移计算比较分析

为了确定油管在正常作业、注入措施作业中封隔器的坐封位置、轴向位移补偿量以及判断封隔器是否解封,根据弹性力学理论得出了不同条件下油管柱的轴向位移量,综合考虑了在不同工况下由活塞效应、螺旋弯曲、径向压力、温度变化、松弛力以及摩阻等因素引起的油管轴向位移;同时考虑了在注气油管内气体的横向压力效应,运用VB语言编制程序,将各自计算结果进行了比较分析。结果表明,在注气油管内考虑横向压力效应时与常规油管长度计算油管轴向位移有明显差异;油管内液体流动引起的油管轴向伸长与注入速度的平方成正比,在注入速度过大时对轴向位移有明显影响。

管壳式换热管轴向应力计算方法的改进

从管壳式换热器换热管轴向应力计算的原理出发,对现行国家标准GB 151—1999中换热管轴向应力的计算,提出了改进的算法。同时,利用理论分析和通过具体算例对改进算法与规范现行算法的计算结果进行了对比,证实本文提出的改进算法使得计算结果更加合理。

管壳式换热器换热管稳定性问题研究

分别利用GB 151—1999计算方法、JB 4732—1995计算方法和弹性系统稳定性分析方法对换热管稳定性问题进行了研究。对不同参数的四个固定管板式换热器算例分别应用以上方法进行了计算,结果表明:现有的国家标准(GB 151)中换热管稳定性算法不考虑环板,将单根换热管失稳的欧拉临界应力除以安全系数ncr(取2)作为许用应力,其结果过于保守。

采空塌陷区管道最大轴向应力计算及统计分析

采空塌陷对埋地油气管道的安全完整性构成了严重威胁。为此,在分析采空塌陷区管道变形基本特征和简化采空塌陷区管道半空间受力分析模型的基础上,对非沉陷区和沉陷区分别构建了计算模型,计算了不同工况条件下不同塌陷区长度、不同沉降量所对应的管道内部最大轴向应力,根据相关规范并采用最小二乘法,分别得出了只考虑管道内压不考虑强度折减系数和既考虑管道内压也考虑强度折减系数的沉陷区长度与对应的管道极限下沉量的统计关系,并得出以下结论:①在开采沉陷区,当没有发生塌陷时,埋地管道所承受的应力主要是其内压产生的轴向拉应力;②而当发生塌陷时,埋地管道所承受的应力主要是其内压和因塌陷产生的管道轴向拉应力之和;③在沉降区边缘的管道上部承受的应力值最大,其次是沉陷中心的管道下部,并承受着拉伸应力;④沉降盆地边缘的管道下部和沉陷中心的管道上部承受着压缩应力。

钢管自应力自密实高强混凝土中长柱受压性能试验研究

为提高钢管内混凝土的密实度,减小混凝土的收缩,以保证钢管与混凝土更好地工作,满足实际工程需要,文中提出采用钢管自应力自密实高强混凝土柱,考虑初始自应力、长细比和混凝土强度等因素的影响,设计制作16个钢管自应力自密实高强混凝土中长柱试件,通过轴心受压试验,考察试件的破坏形态,实测试件的荷载-纵向变形曲线、荷载-挠度曲线和极限承载力,分析了各参数对试件轴心受压力学性能的影响。研究表明:大部分中长柱的破坏形态均为弯曲失稳破坏;初始自应力提高5MPa,钢管自应力自密实高强混凝土中长柱极限承载力提高19%,并改善了延性;长细比由5增大至12,试件的极限承载力降低16.9%;混凝土强度提高36.3%,钢管自应力自密实高强混凝土中长柱极限承载力提高16.3%。基于试验结果,参考国内相关规范,建立钢管自应力自密实高强混凝土中长柱轴心受压稳定承载力计算公式,可供工程设计参考。

薄壁轴向微沟槽铜管高速旋压成形的数值模拟

利用有限元分析软件MSC.Marc建立了简化的1/4旋转对称模型,对薄壁轴向微沟槽铜管的钢球高速旋压成形过程进行模拟,并对成形特征和等效应力应变、残余应力的分布规律进行分析.结果表明:成形过程中,金属回弹效应会导致齿根部出现凹口缺陷;等效应力应变及三向应力应变沿轴向呈层状分布,沟槽管外壁面应力超过材料应力极限导致铜屑产生,且易出现断管现象;沟槽底部的等效应力应变和残余应力大于齿顶与外壁面的应力;过大的残余应力容易造成材料脆化,进而产生裂纹等缺陷.

铺层方式对碳/环氧管层间剪应力影响的有限元分析

利用有限元程序ANSYS7.0对软模膨胀成型制备的碳/环氧管件在轴向载荷下的层间剪应力进行了分析。表明铺层的不对称性会显著导致环向层间剪应力增大,增幅在0.43～1.14倍,但对轴向层间剪应力影响很小;碳/环氧管的轴向铺层和环向铺层的比例对轴向层间剪应力和环向层间剪应力有显著影响,其比例在7∶3～4∶1时可以有效降低碳/环氧管的层间应力。

套管强度计算的理论问题

采用反证法探讨了前人在基础理论的推理过程中存在的问题,证明双向应力椭圆理论与实际载荷条件并不矛盾。应用多元函数单调性理论,证明了在三轴应力条件下管体中最大应力强度值出现在套管内壁。采用理论推导和计算方法,对套管轴向应力计算公式进行了讨论。通过实例计算,对比分析了用“三向应力圆”理论与其他几种理论计算的抗挤强度值。结果表明,应用“三向应力圆”理论计算的值偏大。