考虑纵径向热应变的竖向受荷能量桩简化分析方法

为探究温度对能量桩荷载传递机理及相关力学响应的影响,引入平面瞬态温度场方程,将温度场与应力场解耦。基于平面应力模型,将能量桩与桩周土考虑为具有协调变形的整体,计算了径向热应力。在此基础上,将其与双曲线荷载传递模型结合,对桩土界面处的极限摩阻力进行修正。将纵向热应变考虑在竖向荷载传递方程中,得到可同时衡量纵向和径向热效应的竖向受荷能量桩承载特性分析方法。利用增量法对能量桩荷载传递控制方程进行求解,得到桩身轴力、桩侧阻力、桩身位移等相关力学响应。通过与既有文献进行对比,验证了该模型的合理性。通过参数分析,研究了温度和竖向力作用下能量桩的荷载传递特性。结果表明:温度会改变能量桩的荷载传递特性,提高能量桩的运行温度可小幅增加其承载力。该文方法的计算流程清晰,可为能量桩的设计提供参考。

径向热应力对离合器摩擦对偶钢片变形的影响

建立了径向热应力作用下摩擦对偶钢片各阶临界屈曲应力计算模型,应用临界屈曲应力计算模型定量分析了厚度、径向温差等参数对摩擦对偶钢片临界屈曲应力的影响,并通过离合器台架实验验证了模型的正确性。结果表明:径向温度梯度产生的径向热应力会导致摩擦对偶钢片屈曲变形;摩擦对偶钢片不同屈曲阶数对应的临界屈曲应力不同,低阶屈曲对应临界屈曲应力较小;不同边界约束条件对应的临界屈曲应力不同,外径简支边界条件对应临界屈曲应力较小,即相同厚度摩擦对偶钢片,外齿摩擦对偶钢片较内齿摩擦对偶钢片更容易发生屈曲;通过增加摩擦对偶钢片厚度可明显提高其抗屈曲变形的能力,内、外径简支条件下2mm厚的摩擦对偶钢片厚度同时增加1mm,抗屈曲变形能力可分别提高125.4%和125.9%。

功能梯度材料结构的热应力边界元分析

导出了一种新的可对功能梯度材料结构进行二维和三维热应力分析的积分方程,利用该方程并结合多区域边界元三步求解技术,可对由任意多种介质组成的变物性参数复合结构进行热应力分析;采用与弹性模量无关的Kelvin解作为问题的基本解,导出的积分方程含有由材料的非均质性以及温度变化引起的域积分;使用径向积分法将所有的域积分转换成等价的边界积分,从而建立起只需要边界离散的无内部网格边界元算法;最后对两种典型的飞行器防热结构进行二维和三维热应力算例分析,并通过与有限元计算结构对比验证结果的正确性.

低温用玻璃钢径向支承件热力性能分析

针对低温用玻璃钢环套装径向支承件,对1000吨径向载荷下支承件的径向变形和层间应力进行校核;由于玻璃钢不同方向热膨胀系数的差异,分析温度升降变化对支承件位移及力学性能的影响,在自由放置状态和安装状态下,计算在两种工况下压缩应力和位移。结果表明,径向支承件具有较低的热膨胀系数,内部应力较小,满足低温容器支承的载荷要求。

不同基体材质的Sm2Ce2O7涂层热冲应力的数值模拟

采用ANSYS软件对Ni、45钢、SiCf/SiC、2Cr13、1Cr13Ni9Ti五种不同基体Sm2Ce2O_7涂层的热冲击应力进行了计算,系统研究了基体材质对热应力的影响规律。结果表明,不同基体材质涂层均存在较大的热应力,最大热应力绝对值出现在热冲击瞬间,35s后趋于稳定,径向应力的影响远大于轴向与剪切方向;径向应力在横向距离小于12mm时保持稳定,横向距离在12~18 mm范围内,应力梯度逐渐增大;SiCf/SiC基体在表面及表面层/粘结层界面的应力状态为压应力,且表面径向、表面及表面层/粘结层界面的轴向应力梯度均低于其他基体涂层,有利于界面的结合及防止横向裂纹的扩展;热膨胀系数的差异造成SiCf/SiC基体涂层与其他金属基体涂层的体积形变方向不一致,同时粘结层/基体界面应力绝对值及应力梯度略大于2Cr13基体涂层,基体的热膨胀系数是影响热冲击性能的关键因素之一。

基于热——流—固耦合的多分支径向井地热开发模型及其取热效果分析

多分支径向井地热开发取热系统是开采地热资源的一种新方法,具有单井注采一体、换热面积大、沟通能力强等优势,其中布井参数和储层条件是影响其取热效果的关键因素。为此,建立了基于热—流—固多物理场耦合的单主井筒多分支径向井传热模型并验证了模型的准确性,对比了直井与多分支径向井的取热效果,研究了布井参数、天然裂缝缝长等因素对系统取热效果的影响。研究结果表明:(1)在取热过程中岩石发生收缩变形,裂缝渗透率显著提高,但促进了冷锋入侵现象,进而加剧了热突破,缩短了系统的取热寿命;(2)增加分支井数量,可增大水平方向的取热区域,沟通更多天然裂缝,保持较高的取热温度和取热功率,其中6分支井为最优井数,最优取热总量为7.37×10^(15) J;(3)分支径向井越长,储层降温越慢,平均每增加1 m,生产温度升高0.16℃;(4)增大井间距,能延缓热突破,提高系统取热效率,延长高温取热时间,最优井间距为350 m,年取热功率为8.28 MW;(5)系统取热功率随着天然裂缝缝长的增加而降低。结论认为:(1)相较于直井,多分支径向井能沟通更大体积的高温储层,能获得较高的取热功率和取热总量,在30年取热时间里,热储采出程度增加了8.72%,有利于提高地热系统的经济效益;(2)岩石形变对取热系统有着重要影响,在进行取热效果模拟及经济性评价时必须予以充分考虑。

颗粒簇增强金属基复合材料的细观力学行为

基于SiC/Al基复合材料中的SiC颗粒簇周期性排布假设,通过三维有限元体胞方法,探讨了不同堆积形式下的颗粒簇微结构对基体材料中热残余径向应力的分布,所得结果对于深入理解金属基复合材料的损伤过程有参考价值.

基于ABAQUS的关节轴承径向受载试验的热力耦合分析

基于ABAQUS软件,开发了热力耦合分析用户子程序,对自润滑向心关节轴承进行了完全耦合热力分析。结果表明,采用完全耦合热力分析得到的外圈最大温度值与试验测量值的相对误差小于顺序耦合热力分析的相对误差,完全耦合热力分析得到的结果与试验测量值更加吻合。热力耦合分析与静力分析结果相比,接触应力和最大接触应力均有所增加,在温升引起的热膨胀作用下内圈沿径向力方向的最大位移有所减小。

车用涡轮增压器径流涡轮的背盘冷却技术研究

随着车用柴油机排放法规和功率密度的不断提升,增压器转速及涡前温度不断提高,涡轮轮背发生热-机械疲劳失效的风险大幅增加。为了提高涡轮背盘可靠性,提出了一种径流涡轮背盘冷却技术,利用流固耦合的数值仿真方法研究了从中冷器后引入冷却空气,对背盘热应力的改善以及对涡轮机整机性能的影响。结果表明:当消耗1.0%,2.0%和3.0%的相对冷却流量时,背盘热应力分别比无冷却时降低31 MPa,108 MPa和132 MPa,综合应力分别降低3.8%,13.1%和16.0%。背盘冷却对涡轮机性能的影响较小,当相对冷却流量消耗3.0%以内时,冷却对膨胀比的影响可以忽略,热效率的降低不超过1.0%。

多种载荷下超临界二氧化碳向心透平变形及应力研究

基于超临界二氧化碳(SCO2)工质的动力循环系统是目前先进动力系统的研究热点和发展方向,向心透平作为SCO2动力循环中的核心部件,其运行的安全性至关重要。本文采用热流固耦合分析方法,对一SCO2向心透平叶轮进行了强度特性分析,得到了多种载荷对于叶轮变形和应力分布的影响。结果表明:温度载荷对于变形大小占据主导地位,气动载荷及离心力载荷对变形影响较小,全部载荷工况下叶轮最大总位移为2.421 mm,位于叶轮轮盘外径处;离心力载荷对等效应力贡献最大,温度载荷导致叶轮叶片根部前缘圆角处的应力集中,气动载荷对叶轮等效应力贡献较小,全部载荷工况下叶轮最大等效应力为267.91 MPa,位于叶轮轮背向凸台段过渡圆弧处。

超超临界机组锅炉过热器耦合应力强度因子分析

为揭示超超临界机组锅炉含外径裂纹的T92材料过热器管道在热应力和内压耦合作用下裂纹尖端应力场的分布情况,基于T92材料弹性模量E随温度变化的影响,运用有限元软件ANSYS建立了过热器管外壁含径向裂纹的有限元模型,获得了应力强度因子在热应力和内压耦合作用下的变化规律,并根据力是矢量叠加原理,分析了在内压、热应力及其共同作用下裂纹尖端应力场变化的原因。结果表明:在相同内外壁温差作用下,应力强度因子随着内压的增大而逐渐增大;热应力会导致仅内压作用下的T92材料过热器管外壁含径向裂纹的尖端应力场发生变化;在内压、热应力耦合作用下,应力强度因子随温差的增大而有所减小。