AXISYMMETRIC PROBLEMS OF CYLINDRICAL SHELLS WITH VARIABLE WALL THICKNESS

The purpose of this paper is to give the general solutions for axisymmetric eylindrical shells with paraholically varying wall thickness.

输气管道工程热煨弯管标准编制和设计制造技术分析

回顾感应加热弯管标准编制的发展历程并介绍标准的重要内容,分析感应加热弯管外弧侧壁厚减薄率C计算公式的符号含义;分析感应加热弯管和钢板加热压制组焊弯管成形前后壁厚与应力变化,指出当前油气输送管道设计规范关于热煨弯管壁厚设计计算存在的分歧,提出变壁厚弯管和等壁厚弯管概念及其应力分布和壁厚计算方法;以ASME B31.3—2010《工艺管道》关于弯管壁厚计算公式的规定和感应加热弯管水压爆破试验启裂口位置实例予以佐证。建议相关设计规范对热煨弯管壁厚计算公式予以修改和完善。以热煨弯管应力分布状态和弯管强度条件下的危险位置为依据,提出双壁厚弯管概念和结构。

变壁厚矩形水池有限元分析及经济性研究

对于平面尺寸很大、池壁为竖向单向受力的钢筋混凝土矩形水池,工程设计一般对池壁采用变壁厚以达到节约造价的目的。依据工程实例通过对多个变壁厚矩形水池模型进行有限元分析,总结变壁厚池壁的内力特点。对变壁厚矩形水池进行经济性分析,总结矩形水池通过采用变壁厚降低造价的使用条件。

新型变壁厚涡旋型线的构建与性能研究

为解决等壁厚涡旋型线压缩比低、结构不紧凑、传统变壁厚涡旋型线气体力变化幅度大的问题,设计了一种由基圆渐开线、高次曲线和变基圆渐开线组合的新型变壁厚涡旋型线,并建立了该型线的基本几何理论。为定量衡量该型线的性能,特引入表征型线几何性能的两个关键指标—压缩比和体积利用系数以及力学性能的两个重要指标—轴向气体力和切向气体力对其进行评价。研究结果表明:新型变壁厚型线的几何性能与力学性能受半径变换率的影响较大,在相同设计条件下,随着半径变换率的减小,不仅压缩比和体积利用系数显著提高,而且所承受的轴向气体力和切向气体力的变化幅度也明显变小。可见,采用半径变换率较小的新型变壁厚型线有助于进一步提升涡旋型线的性能。

对《砌体结构设计规范》中高厚比修正系数等问题的探讨

文章指出了《砌体结构设计规范》(GB 50003—2011)中关于带门窗洞口砌体墙允许高厚比的修正系数μ2的计算精度不足,并根据弹性稳定理论,提出了两端铰接变截面柱临界荷载Pcr的正确表达式,通过理论计算和有限元模拟对其给予了证明,此外,还推导了门窗洞口最不利布置时的μ2表达式。在此基础上,提出了比《砌体结构设计规范》(GB 50003—2011)更合理的有洞口墙体的允许高厚比修正系数μ2计算公式,同时对μ2的相关应用细则提出了修正建议。以修正后的两端铰接柱临界荷载Pcr为基础,提出了规范中变截面柱下段计算长度H0的更合理形式,为便于工程应用,最后对规范中有吊车房屋变截面柱计算长度的应用条款提出了修改建议。

基于STL模型垂直切片的支撑自动生成算法研究

针对光固化等快速成形工艺中须对零件加支撑的需求,本文提出一种新的支撑自动生成算法。该算法基于STL模型提取零件的悬吊点、下棱线、待支撑下表面的轮廓线等待支撑区域的关键特征,根据它们在xy平面的投影特征来优化布置分层基准线并进行垂直切片,应用所提出的基于垂直截面轮廓内待支撑边生成支撑多边形的算法,生成相应的变厚度薄壁形支撑。实际应用表明,该算法能够对成形零件的待支撑区域自动添加准确有效的支撑。

单层厚壁圆筒爆破压力的分布规律与参数

基于30组单层厚壁圆筒爆破压力的试验数据,应用似然分析理论与方法,对计算单层厚壁圆筒爆破压力的4个公式进行分析.对于材料屈服强度与抗拉强度之比在0.402 7与0.885 2之间及外半径与内半径之比在1.33和4.71之间的单层厚壁圆筒,在显著度为0.05时,容器爆破压力实测值与4个公式理论值之比,分别是基本符合正态分布的随机变量;在双侧置信度为98%时,分别得到该随机变量分布参数的取值区间.材料屈服强度与抗拉强度之比调整为不小于0.499 7时,分别提高了4个公式的计算精度.在应用范围相同时,4个公式的精度指标各有优劣.

VC轧辊心轴与辊套过盈量的确定

辊套与心轴之间的过盈量δ ,是VC(VariableCrown)轧辊系统的关键结构参数之一。从满足其使用性能要求出发 ,研究了δ的大小对VC轧辊的强度和密封性能的影响 ,提出了过盈量的选取原则和选取方法。根据该研究结果 ,心轴与辊套过盈装配后 ,配合区内端点处的相当应力最大 ;将在最大控制压力作用下 ,辊套获得等强度的配合内表面为过盈量的选取准则 ,可满足VC轧辊的强度。

基于元胞自动机的变厚度薄壁梁侧向耐撞性优化设计方法

薄壁结构是汽车等运载工具的重要防护装置,除了其轴向防撞能力外,侧向耐撞性能分析与提升方式也非常重要。研究基于薄壁结构厚度合理分布的侧向耐撞性能提升方式和建立基于元胞自动机的变厚度薄壁梁侧向耐撞性优化方法。以汽车B柱受力环境和性能要求为设计需求,首先利用所建立的方法给出了连续变厚度的薄壁梁厚度分布设计,其性能较常规的等厚度薄壁梁最大侵入位移大幅下降(下降82%),验证了变厚度设计的有效性;然后,考虑单向变厚度便于柔性轧制工艺制成TRB,给出了轴向连续变厚度薄壁梁的厚度分布设计,该设计较等厚度梁最大侵入位移下降73%;与连续变厚度梁相比,在侵入位移降低量略小的情况下,实现了可制造性。设计实例表明本文提出的连续变厚度设计能够有效提高侧向耐撞性能,所建立的方法能够获得合理的厚度分布设计,是有效的耐撞性优化设计方法。

钢制单层厚壁圆筒爆破强度的概率分布

应用可靠性数学理论与方法，基于爆破压力试验数据的统计分析，研究了钢制单层厚壁圆筒爆破强度的分布规律与参数。计算结果表明：对于直径比为1．33～4．71、材料屈强比为0．4027～0．8852的钢制单层厚壁圆筒，在显著度为5％时，其爆破压力实测值与公式的均值之比是基本符合正态分布的随机变量；在置信度为98％时，得到该随机变量均值、标准差与变异系数的分布区间；材料屈强比调整为0．4997～0．8852时，可提高设计公式的精度。此结论可为建立钢制单层厚壁圆筒可靠性设计方法提供一定的参考。

评价固井质量仿真技术的研究与应用

针对中原油田套管损坏十分严重的问题 ,开发研制了TP130TT高抗挤套管。 15 2 .4mmTP130TT高抗挤厚壁套管的使用使得声波—变密度测井产生异常 ,难以准确评价固井质量 ,给测井资料解释带来困难。通过固井质量仿真物理模型制作及声波—变密度测井资料的分析评价与解剖验证 ,获得了不同固井质量情况下的声波—变密度解释理论图版。建立了 139.7mm套管固井质量解释评价新标准 ,解决了 15 2 .4mm厚壁套管固井质量解释难题。测井解释图版的应用使固井质量解释更加定量化、科学化。该技术的应用提高了油田的开发水平 ,减少了事故的发生 ,综合经济效益显著。

变壁厚筒形构件辊挤成形过程数值模拟

为解决变壁厚筒体构件制造过程材料利用率低、机加工时长等问题,提出一种辊挤成形工艺。该工艺通过3个被动旋转辊轮的辊压作用实现坯料的塑性变形。借助Deform-3D软件建立变壁厚筒形构件辊挤成形热力耦合刚黏塑性有限元模型,对辊挤过程进行数值模拟,获得了辊挤过程中载荷-行程曲线、等效应力与应变场以及温度场的分布规律。研究了工艺参数对成形构件变形均匀性的影响。结果表明:工件变形的不均匀性随着辊挤速度和摩擦因数的增大而增大,随变形温度的升高而减小。

西气东输三线0.8设计系数试验段水压试压方法及其应用

强度设计系数从0.72提高到0.8,一方面若保持壁厚不变,可提高管道运行压力,从而有效地增加管道输量和输送效率;另一方面如果保持管道设计压力不变,可有效降低管道壁厚要求,这将显著节约管道建设成本。在工程应用中,0.8设计系数管道需要进行高强度水压试验以验证管道的承压能力和系统可靠性,而我国目前设计和施工标准对高强度水压试验方法及控制措施还没有明确规定。为此,根据管道屈服强度的样本统计数据,利用概率方法,结合管道埋地时的双轴应力状态,并根据试压段高差,确定管道可接受的最高强度试压压力。采用压力—容积曲线实时监控试压进程,保证试压过程中压力—容积曲线不出现超过0.2%管容的非线性进水量,并开发出相应的压力—进水量曲线信号采集系统。在管道弹性变形的基础上,提出了考虑空气含量和水压缩性的压力—容积曲线理论表达式。在西气东输三线试压工程实践中,根据上述方法确定的管道试压强度为试压段高点不低于100.5%SMYS,实际监测所得的压力—容积曲线与理论曲线吻合较好,管道未发生泄漏。该方法可作为国内0.8设计系数管道试压的参考方案。

基于环向应变的多道次无芯模旋压变进给比成形方法

为提高无芯模旋压成形质量,引入变速成形技术,提出变进给比旋压成形方法.该方法的关键为获取与旋轮轨迹相适应的进给比设计方案,使成形时间与成形量相匹配,从而保证坯料充分成形.针对道次进给比设计,根据各道次平均环向应变量进行成形时间道次间分配,提出有利于提高形状精度的"匀速变形原则"和"终道次充分成形原则".针对道次内进给比设计,根据终道次局部环向应变分布情况进行成形时间道次内优化分配,并提出有利于抑制形状误差的"大环向应变充分成形原则".实验结果显示,在总成形时间不变的条件下,采用变进给比方法进行无芯模旋压成形可以将平均形状误差降低约47%,同时更好地保持坯料壁厚,防止坯料过度减薄.

厚壁圆筒过盈结合力的影响因素研究

针对天然气井口节流阀阀杆柱塞被拔出这一失效问题,基于有限元仿真软件并结合实际工况,对阀杆与柱塞过盈配合的热装过程进行理论和仿真分析,并运用控制单一变量的实验方法分别对不同屈服强度的材料、配合长度、阀杆与柱塞的配合直径、过盈量和摩擦系数等因素进行仿真模拟,讨论各因素对过盈结合力的影响。研究结果表明在影响因素中,材料的屈服强度、配合长度和配合面的粗糙程度都与结合力有较好的线性正相关;而配合直径在由小变大的过程中,结合力呈抛物线变化;过盈量在由小变大的过程中,过盈结合力随过盈量的增加而增大,当过盈量达到0.18mm后,结合力趋于稳定不变。基于仿真结果设计的阀杆与柱塞在实际应用中效果较好。

内部爆炸加载下变壁厚壳体破片的宏观与金相分析

为优化变壁厚结构战斗部破片形态以提高毁伤威力,通过砂箱静爆法回收了壳体生成的自然破片,观察分析了破片形态和断裂模式,并采用扫描电子显微镜对典型破片进行了金相分析,得到了破片质量分布和金相图片。结果表明,从小端起爆时壳体发生拉剪混合断裂的范围明显比大端起爆时小;大锥角壳体典型破片靠近端面部分的厚度方向中部存在微裂纹和孔洞,随着厚度减小逐渐消失。变壁厚壳体通过调整结构和起爆端位置可控制破片的大小和形状。

50000m^3油罐壁厚设计比较与分析

油罐的壁厚设计关系到油罐的经济性和可靠性，如何把握两者的辩证关系对油罐的设计与建设具有十分重要的意义。传统上大型油罐壁厚设计采用的是变点法；以可靠度理论为基础，以可靠性分析模型为核心，提出利用可靠度法求解大型油罐壁厚的新方法。以50000m3油罐为例，编程分析并计算以2种方法设计的壁厚。变点法设计的底圈罐壁厚度与圈数无关；以中心点可靠度法求解壁厚，可靠性指标一定时，底圈罐壁厚度同样与圈数无关。探讨可靠度法求解壁厚的可行性，验证变点法设计壁厚的可靠性。

刀具半径补偿在SINUMERIK数控铣削加工中的灵活运用

刀具半径补偿功能是数控铣削加工的重要功能,介绍了使用刀具半径补偿功能实现零件外形轮廓和型腔的粗、精加工,以及在加工等宽壁厚工件和结合宏程序与系统变量,加工复杂的轮廓型腔或凸台、边缘截面为曲线的工件时的使用方法。

变厚度挡水墙式池壁断面优化设计

通过对挡水墙式池壁的受力特点和构造要求的分析和研究,给出了比较合理的变厚度挡水墙式池壁的断面形式和尺寸确定方法,经过优化设计的断面形式能较好地发挥材料的性能,达到经济节约的目的。

高桩码头变壁厚钢管桩环向焊缝应力集中系数研究

本文运用数值模拟的方法,建立非等壁厚钢管桩数值模型,通过改变过渡段长度,在弯矩作用下,得到过渡段长度对焊接位置处应力集中系数的关系,并对相应的理论公式做出修正。研究发现,在非等壁厚钢管焊缝位置处设置过渡段有利于降低焊缝位置处的应力集中系数,当钢管的直径在1 m~2.5 m之间时,应力集中系数下降幅度约为5%,当钢管直径取2.5 m~4 m之间时,应力集中系数下降幅度约为8%。说明钢管的直径越大,设置过渡段的效果越明显,该研究为进一步探析钢管桩焊接过程中的应力分布形式提供了参考,也为分析钢管桩焊缝的疲劳寿命打下基础。