Finite element modeling of power spinning of thin-walled shell with hoop inner rib

A 3D elasto-plastic finite element(FE)model of power spinning of thin-walled aluminum alloy shell with hoop inner rib was established under software ABAQUS.Key technologies were dealt with reasonably.The reliability of the FE model was verified theoretically and experimentally.The forming process was simulated and studied.The distribution of the thickness and stress,and the variations of spinning force were obtained.The workpiece springback was analyzed with ABAQUS/Standard.The results show that the FE model considering elastic deformation can not only be used to analyze the workpiece springback in the complex spinning process,but also serve as a significant guide to study the local deformation mechanism and choose the reasonable parameters.

炉内壁结焦对工业炉性能的影响研究

针对工业炉在工作过程中的结焦失效问题,研究炉内壁结焦对工业炉性能的影响。选取型号为DG1025/18.3-II5的工业炉作为研究对象,分析工业炉内壁的结焦机理,然后利用有限元软件ABAQUS构建有限元分析模型,设定模型内结焦层网格相对细密、工业炉金属网格相对稀疏,最后设定模型边界条件与工况负荷,开展炉内壁结焦对工业炉性能的测试。研究结果显示,煤粉粒径会对工业炉内壁结焦厚度造成影响,粒径越大,其结焦厚度越大;随着结焦厚度的提升,工业炉的屈服强度、抗拉强度及伸长率都呈下降趋势,说明炉内壁结焦会对工业炉的强度与塑性产生消极影响,即其结焦厚度与工业炉的力学性能呈反比例相关;随着结焦厚度的提升,工业炉金属基体同结焦层界面处的温度逐渐提升,工业炉内外壁温差逐渐提升,即工业炉内壁结焦会对其传热性能造成破坏;工业炉内壁产生结焦时,工业炉外壁径向变形量低于内壁,随着结焦厚度提升,内外壁的径向变形量均表现出提升趋势,当变形量达到一定值后,将造成工业炉局部胀裂,进而破坏其机械性能。综上,工业炉内壁结焦会对其力学性能、传热性能及机械性能造成破坏。

基于火炮膛内气固两相流的热散失模型数值仿真

火炮发射过程中的热散失会影响内弹道性能。在数值仿真时由于直接计算热散失较为困难,通常采用对火药力或者燃气的绝热指数进行修正的方法,但该方法无法准确预测内弹道的性能。为此该文提出了一种基于气固两相流模型的热散失计算方法,从高温燃气与身管内壁的热交换出发,建立热散失模型,并将热散失模型与火炮膛内气固两相流模型耦合,热散失量将在气相能量守恒方程中的源项中考虑。以某155 mm火炮为研究对象,采用MacCormack差分格式求解修正后的气固两相流模型,获得膛内流场变化情况。求解得到的流场参量作为热散失模型和身管传热模型的输入参数,计算出内弹道过程中总热散失量以及身管径向温度分布规律。对给出的2种测试工况进行仿真计算,计算结果与实验结果的比较表明,考虑热散失时各指标误差明显减小,最大压力误差小于1.0%,初速误差小于0.5%。总热散失占火药燃烧后产生总能量的2%~4%。证明了该方法的可行性和优越性,有助于提高内弹道仿真的精度。

基于POD-RBF方法的管道内壁几何识别

针对天然气、石油等管道内部被腐蚀问题,基于本征正交分解-径向基函数(POD-RBF)提出了一种管道内壁几何识别方法.考虑静磁场并建立管道的简化有限元模型,构建变几何样本库,实现了POD-RBF对任意形状的响应预测.该方法在降阶分析的同时避免了迭代过程中因几何的改变需反复求解刚度矩阵,在很大程度上提高了计算效率.采用灰狼优化(GWO)算法对目标函数实施优化,避免了在变几何过程中灵敏度的求解.算例结果显示,该文方法可高效准确地反演管道内壁的几何形状,即使在引入噪声后GWO算法仍具有较好的稳定性.

薄壁易碎圆柱内壁工件的内撑式机械手抓取接触-碰撞仿真与实验研究

针对工业生产中抓取薄壁易碎件的作业需求,提出了一种具有指掌协同特征的内撑式机械手构型。为了寻找合适的机械手手指作业参数,探索抓取过程中接触-碰撞时应力的变化规律,采用HyperMesh、LS-PrePost等软件集成建模的方法建立了机械手指的有限元模型,对有限元模型施加相应的约束、载荷、接触类型后,计算得到了手指与易碎件接触碰撞过程中的应力、应变云图。仿真结果表明:随着手指冲击速度的增大,易碎件所受的应力呈线性增大。速度在0.5~2.5 mm/ms变化时,应力增大为原来的3~4倍;随易碎件壁厚的增大,易碎件所受的应力逐渐减小。而在较小壁厚阶段,应力变化明显,壁厚0.5~1.0 mm时的平均应力变化是壁厚1.0~2.5 mm时应力的6~7倍;在机械手抓取易碎件的碰撞瞬间施加不同的加速度时,随加速度的增大,接触应力也相应增大,加速度在1.0~2.5 mm/ms^(2)时的平均应力变化是加速度0.5~1.0 mm/ms^(2)时的8~9倍。根据已有的仿真结果,通过建立Kriging代理模型,计算得到的不同壁厚、抓取速度条件下接触应力大小的预测模型,为确定不同状态下的机械手抓取参数、设计和优化手指结构建立了基础。通过构建实验系统,对相关仿真结果进行了实验验证,证明了仿真结果的正确性。

内循环贴附射流影响下玻璃幕墙内表面温度预测模型研究

针对冬季严寒地区建筑外窗(玻璃幕墙)内表面温度较低造成的辐射不对称问题,开展了内循环贴附射流加热玻璃幕墙内表面的实验和数值模拟研究,提出了0.6 m和1.2 m高度处(人体坐姿膝盖与头部位置)玻璃幕墙内表面温度预测模型。结果表明:加入贴附射流可有效提高外窗(玻璃幕墙)内表面温度,从而缓解外窗(玻璃幕墙)内表面与其他围护结构内表面温差较大引起的辐射不对称问题。此外,由预测模型可知,0.6 m高度处玻璃幕墙内表面温度与内循环贴附射流送风速度、室外温度成正比,与玻璃幕墙传热系数、水平距离、内循环贴附射流送风口安装距、送风角度成反比;1.2 m高度处玻璃幕墙内表面温度与各影响因子为非线性关系。各影响因子中贴附射流送风速度对玻璃幕墙内表面温度影响最显著,其对0.6 m,1.2 m高度处玻璃幕墙内表面温度贡献率分别为43.2%,28.2%;贴附射流送风口安装距离对0.6 m和1.2 m高度处玻璃幕墙内表面温度贡献率分别为13.8%,23%;贴附射流送风角度贡献率较小,其中送风角度对0.6m高度处玻璃幕墙内表面温度并无显著影响,可忽略不计;研究所得温度预测模型与辐射不对称温度计算公式相结合,可为建立内循环贴附射流送风运行策略提供关键的技术支撑。

一种分度式主动螺旋管道测量装置设计

ILI(in-line inspection)管道在线检测对油气输送管道安全可靠运行至关重要。设计开发了一种全新的基于螺旋测量原理的主动螺旋管道测量装置,该装置能够自主生成管道测量螺旋线,整合了位移传感器和角度传感器,进行了管道测量对比实验以及管道缺陷检测实验;实验数据采用MATLAB处理,反演出管道内壁模型,通过对管道内壁模型的分析来判断管道内部的情况。实验证明了分度式主动螺旋测量方法的可行性,通过对比实验分析了分度式螺旋测量与普通螺旋测量的区别,实验结果表明:该方法描述管道内壁的三维模型更精确,能被管道机器人或管道猪牵引进行测量作业。特别对于微小管径管道、非管道猪管道有一定的应用前景。

月牙形和偏心圆筒形内壁磨损套管应力分析

为了分析偏心圆筒形磨损套管和月牙形磨损套管的等效应力,以177.8 mm×12.65mm的P110钢级套管为例,建立了月牙形磨损套管和偏心圆筒形磨损套管的有限元模型,用有限元法分析了内、外压作用下不同磨损深度套管的偏心圆筒形模型和月牙形磨损模型的等效应力,同时还分析了不同直径钻杆磨损后月牙形磨损套管的等效应力。分析结果表明,受磨损套管内部应力的影响,在内、外压作用下月牙形磨损套管的等效应力大于偏心圆筒形磨损套管的等效应力;将月牙形磨损模型转化为偏心圆筒形模型来分析磨损套管的等效应力是危险的,相同磨损深度和载荷作用下月牙形磨损模型的等效应力更大;将月牙形磨损模型转化为偏心圆筒形模型来分析磨损套管的剩余强度值偏大。

电喷摩托车发动机气缸内壁面温度模型研究

结合传热学理论，建立了发动机气缸内壁面温度模型，对不同工况及风速条件下发动机气缸内壁面温度变化进行了试验研究。根据试验结果对温度模型参数进行无量纲化处理，并结合试验数据对处理后的模型参数运用最小二乘法进行回归，得到了不同工况下的无量纲参数值。研究结果表明：风速对于气缸温度具有一定的影响，但并不显著。在不同的工况下，除起动工况模型计算误差在6％～8％外，其余工况模型计算误差均控制在3％～5％，模型具有较强的适用性。

条带式加筋土挡墙模型试验研究

通过进行加筋挡土墙的模型试验研究,初步探讨了加筋挡土墙结构工作的基本原理.发现加筋土挡墙的作用机理主要是由于筋带对土体的加筋作用改善了挡墙的变形特性,保证了挡土墙的稳定.加筋土挡墙最大位移通常发生在中部偏下处,挡墙工作中处于距底部高度为1/3处面板滑移最大.有限元计算与按规范计算出的滑裂面有明显差异,在挡墙中部及以下,两者的滑裂面形状类似,但是在挡墙上部,有限元法所得与规范推荐破裂面相差很大,规范推荐破裂面有一定的局限性,在设计时应考虑用其他方法补充计算,确保结构安全.

大空间喷口送风同步求解模型及关键参数

建立了大空间喷口送风工况下室内空气和内壁面温度同步求解的数学模型,对模型中的关键参数地面温度和区域换热系数进行了讨论,考虑地面向下的传热,建立了地面热平衡方程,根据送风层的送风量和卷吸量修正了区域换热系数。通过实际大空间建筑夏季热环境实验,实测了室内空气竖直温度分布和内壁面温度分布,对修正后的同步求解模型进行了验证和完善,结果表明,修正模型的计算结果与实测值吻合得较好。

矩形闭合地下连续墙桥梁基础竖向承载特性试验研究

针对矩形闭合地下连续墙——一种新型的桥梁基础,进行了闭合墙基础的竖向载荷模型试验,对其荷载传递机理和墙体内、外侧摩阻力以及承台土反力的分布规律与发挥发展过程等作了系统的研究。研究表明:闭合墙基础的竖向承载力由外侧摩阻力、内侧摩阻力、端阻力以及承台土反力四部分组成。外侧摩阻力自上而下发挥,内摩阻力缓于外摩阻力自下而上逐渐发挥,由于承台的"削弱效应",上部墙段的内摩阻力接近于0。承台土反力分布的总体特征是承台角点处最大,边缘处次之,中心区最小。随着荷载的增加,闭合墙侧摩阻力增加趋势变缓,荷载分担比逐步减小,而墙端阻力和承台土反力的增加幅度逐渐变大,墙顶增加的荷载大部分都由墙端阻力和承台土反力分担。

基于KPCA-ICS-ELM模型的油气水混输管道腐蚀速率预测分析

由于油气水混输管道内的腐蚀性物质含量较多,因此,腐蚀速率相对较快。研究提出了一种基于KPCA-ICS-ELM模型的腐蚀速率预测模型,首先对KPCA(核主成分分析)算法、ICS(改进布谷鸟搜索)算法、ELM(极限学习机)算法分别进行介绍,提出KPCA-ICS-ELM模型的组合方法以及模型评估方法,在此基础上,通过实验的方式获取油气水混输管道的腐蚀速率数据,进而构建指标体系,通过实例验证的方式证明本次所提模型的可行性,通过与其它模型进行对比,证明此模型的先进性。结果表明:通过使用KPCA模型对影响混输管道内壁均匀腐蚀的影响因素进行分析发现,介质中的H_(2)S含量、CO_(2)含量、温度、流速、pH值对于均匀腐蚀速率的影响相对较大,使用本次研究所提出模型进行均匀腐蚀速率预测的最小误差为1.24%,均方根误差为0.9339%,希尔不等系数为0.5273%。与其它模型相比,本次研究所提模型的精度相对较高,证明使用KPCA-ICS-ELM模型对油气水混输管道进行均匀腐蚀速率预测的可行性及先进性相对较强。

窗下墙对自保温暗骨架承重墙抗震性能的影响研究

采用低周往复荷载试验研究窗下墙对自保温暗骨架承重墙抗震性能的影响,结果表明:窗下墙对自保温暗骨架承重墙的滞回曲线、骨架曲线、刚度及其退化、耗能能力等均存在显著影响;试验墙体失效破坏全过程均呈“共同工作、转化过渡和弱框架工作”三阶段特征,恰与我国抗震设防目标相对应;均系延性破坏,对应延性系数分别为3.034、3.545。理论方面:基于等效弹性板模型,分别根据最大拉应力理论和双剪统一强度理论建立了墙体开裂荷载的计算方法;基于抗剪抵抗机构思想提出刚架斜压杆模型,并利用等效刚度法明晰了斜压杆宽度的确定方法,建立了墙体极限荷载计算方法;与实测值的对比表明,所建立的计算方法精度较高。最后,以建立的理论方法为基础,定量评价了窗下墙对墙体抗震承载力的直接和间接作用。研究结果可为带门窗洞口的自保温暗骨架承重墙抗震承载力计算提供方法。

二维黑洞的熵与能斯特定理

利用砖墙模型,直接计算1+1维(时-空)黑洞背景下标量场的自由能和玻色子熵.结果表明,黑洞的熵与内外视界有关.如果计及内视界贡献,当辐射温度趋于零时,二维黑洞熵趋于零,满足能斯特定理,可看成Plank绝对熵.当不考虑内视界贡献时,黑洞熵具有对数发散项,与已有结论一致.

自保温暗骨架承重墙抗震性能试验研究与分析

从抗震节能一体化出发,研发了自保温暗骨架承重墙及其结构体系。通过水平低周反复荷载试验研究了自保温暗骨架承重墙的抗震性能,揭示了该新型抗震墙体受力机制的转化过程,即抗震失效全过程可分为共同工作、转化过渡和弱框架工作三个阶段。结合试验成果开展理论分析,针对自保温暗骨架承重墙剪切破坏模式,分别建立了基于等效弹性板模型的墙体开裂荷载计算方法和基于修正软化拉压杆模型的墙体抗剪极限承载力计算方法,与实测值相比误差分别是3.2%、3.3%,故构建的理论计算方法精度高、物理力学概念清晰。结果表明:自保温暗骨架承重墙具有多道抗震防线,抗震性能好,加之施工方便快捷、造价低廉,特别适宜在村镇住宅等多层建筑中推广应用。

壁面模型对缸内传热多维瞬态数值模拟计算的影响

采用常规湍流模型对柴油机缸内传热过程进行多维瞬态模拟计算时,壁面模型的处理方式将直接影响到整个模拟计算的精度和准确性,为此本文利用多维瞬态模拟计算方法考察壁面模型对缸内传热模拟计算的影响。研究结果表明:壁面模型中复合壁函数法由于在近壁处湍能被修正,使缸内多维模拟计算结果更接近于试验值。

后围板与后围里板的冲压工艺及模具设计

阐述了轿车后围板总成的技术要求、冲压工艺分析、CAE分析、模型优化及解决办法,提出了制件合并生产的工艺构想及模具设计时的注意事项,对后围板总成的冲压工艺、模具设计、生产制造具有一定的指导意义。

带窗洞自保温暗骨架承重墙抗震试验及承载力计算

为了研究带窗洞自保温暗骨架承重墙的抗震性能及承载力计算与分配方法,设计制作足尺试件并进行低周往复荷载试验,以试验为基础分别基于等效弹性板模型、刚架斜压杆模型,建立带窗洞自保温暗骨架承重墙的开裂荷载、极限荷载计算方法,并将计算值与实测值进行比较。研究结果表明:带窗洞自保温暗骨架承重墙试样的失效可分为共同工作、转化过渡和弱框架工作3个阶段,且均为延性破坏,2个试样的延性系数分别为3.034和4.085;窗下墙先于窗间墙破坏,窗下墙为带窗洞自保温暗骨架承重墙的第一道抗震防线,窗间墙在承担抗震极限承载力方面起主导作用;窗洞宽度显著影响墙体的耗能、刚度及承载等性能。所建立的求解方法精度较高,建议在抗震设计与分析时考虑窗下墙的影响效应。

基于PCA-BP神经网络的管道内壁几何形状识别

针对石油和天然气等管道内部因腐蚀等因素造成的结构性缺陷问题,基于主成分分析(PCA)和反向传播(BP)神经网络提出了一种有效的管道内壁几何识别方法:首先,借助CAD二次开发实现随机管壁几何模型的自动化建模,并结合二维恒定磁场有限元分析来获取测点磁场响应,建立了自适应样本库生成系统;然后,采用主成分分析法对测点磁场响应数据进行降维处理,去除了数据中的冗余信息;最后,利用Levenberg-Marquardt算法改进的BP神经网络基于测点磁场响应与管壁几何参数之间的映射关系对管壁几何形状进行反演识别.算例结果表明,基于PCA-BP神经网络的管道内壁几何反演分析模型可快速准确地预测管道内壁的几何形状.即使对于带有不同程度随机误差的复杂几何,该方法仍具备强大的识别性能.