不均匀温度场下钢管混凝土拱桥管内混凝土脱空分析

为了解不均匀温度场作用下钢管混凝土拱桥管内混凝土脱空原因,依托高原山区某跨径430 m的钢管混凝土拱桥,进行强辐射、大温差联合作用下拱肋拱顶节段足尺模型试验,分析模型温度场分布,并对该不均匀温度场作用下管内混凝土脱空机理进行研究。结果表明:钢管混凝土拱桥水化阶段和运营阶段径向温度场可简化为多段式折线变化规律。14:00时刻,水化阶段温度沿竖直径向(从向阳侧至背阳侧)先减小后升高再减小,在距向阳侧界面D/8~3D/8处(D为钢管内径)存在一个大温差面,运营阶段温度沿竖直径向(从向阳侧至背阳侧)呈先减小后不变再增加的非对称分布规律,从钢管混凝土界面至距其D/8处温度变化大。混凝土水化阶段和运营阶段管内混凝土脱空机理为:在温度场作用下钢管混凝土界面最大纵向应力差分别高达82.6 MPa和61.95 MPa,最大界面径向拉应力分别为0.8 MPa和2.06 MPa,均超过钢管和混凝土间的粘结强度。

不均匀温度场对改善三辊楔横轧轧件心部质量的研究

楔横轧变形属于连续局部横压过程,中心压实法有助于提高圆轴类棒料横压时的内部质量。将中心压实法应用于三辊楔横轧,通过有限元模拟研究了不均匀温度场对三辊楔横轧轧件心部应力应变的影响。模拟结果表明,不均匀温度场方法可以减小轧件心部拉应力,增大心部静水压应力,提高心部塑性变形能力,有助于改善轧件心部质量。通过三辊楔横轧实验,验证了不均匀温度场方法改善轧件心部质量的可行性。

输电导线截面不均匀温度场的有限元模拟

为了分析输电导线不均匀温度场,提出了一种基于有限元计算动态下输电导线截面上不均匀温度场的数值方法,可以考虑瞬态条件下导线的热传导、太阳辐射、空气对流、强制对流等环境条件因素的影响。该方法突破了传统的摩尔根公式的局限性,获得了动态变化外界环境条件下输电导线的暂态温度场响应,得到导线截面上不均匀温度场分布。在此基础上,详细地分析了不均匀温度分布和外部环境条件之间的内在联系。结果表明:传统的摩尔根公式所预测结果在大载流量、大表面吸热系数(旧线)、高环境温度以及高太阳辐照条件下存在较大误差,在这些条件下必须考虑导线截面的温度不均匀分布。此外,传统摩尔根公式预测温度低于有限元模拟所得导线截面上的最高温度,基于它的设计偏于危险,在以上条件下其应用应该谨慎或做相应的修正处理。

不均匀温度场楔横轧棒材的组织与性能

用FEM方法对不均匀温度场三辊楔横轧棒材的轧制过程进行了数值分析,分析了轧后轧件径向截面上温度及等效应变的分布规律,并通过实验研究分析测定了截面上不同位置处的显微组织及力学性能。结果表明:不均匀温度场三辊楔横轧棒材轧后温度场与等效应变在轧件径向截面上成环形分布,且心部温度高变形量小,由心部向外温度逐渐降低变形程度逐渐增大。轧后轧件径向截面上不同位置处组织及性能存在一定的差别。轧件心部为珠光体与先共析铁素体组织,外层边缘为球化渗碳体与铁素体组织。

基于三辊楔横轧成形的合理不均匀温度场应用研究

借鉴锻压领域的中心压实法,研究采用不均匀温度场方法改善楔横轧件芯部质量。为获取最佳改善楔横轧件心部质量的合理不均匀温度场,本文利用有限元技术,研究了相关热力学参数对不均匀温度场的影响规律,并结合冷却实验,得到合理不均匀温度场温度梯度曲线。通过力学分析和楔横轧实验验证,研究了获取合理不均匀温度场实际工作方法。

太阳辐射作用下钢管混凝土拱不均匀温度场及其引起的脱空分析与试验研究

为厘清太阳辐射作用下钢管混凝土拱肋内部的不均匀时变温度场,剖析其对钢管混凝土脱空效应的影响机制,并为钢管混凝土拱桥的脱空病害防治奠定理论基础,依托受日照辐射较强的贵州香火岩特大跨钢管混凝土拱桥实际工程,建立考虑钢管与混凝土界面接触关系的精细化温度-应力耦合数值模型;基于ASHRAE晴空模型及温度场计算理论,开展了钢管混凝土拱肋日照辐射不均匀时变温度场分析,揭示了钢管混凝土拱肋横截面的温度分布规律及其随时间的变化规律,并给出了计算钢管混凝土横截面温度梯度的近似公式;结合脱空的应力判别标准,计算出了拱肋横截面沿环向不同位置处的脱空高度,进而明确了钢管混凝土拱肋的横截面脱空分布模式;基于诱导振动理论,选取主要受温度影响而产生脱空的拱段,开展了钢管混凝土拱桥脱空检测试验研究,并与理论分析进行对比,验证了理论分析的可靠性。研究结果表明:日照辐射作用下,钢管混凝土截面温度场在时间、空间分布上均呈高度非线性,核心混凝土温度变化滞后于外包钢管,钢管与核心混凝土的最大温差超过25℃;日照不均匀温差引起的界面拉应力达到1.4~1.5 MPa,导致钢管混凝土环向脱空高度达到0.11~0.13 mm;基于诱导振动法的钢管混凝土拱肋脱空检测方法可识别出脱空的可能性,并发现太阳辐射作用使钢管混凝土的脱空程度略有增强。

深海双层管道温度效应分析

为了验证有限元计算结果精确性,为深海双层管道系统的有限元计算提供有效方法,本文利用ITT单元以及非线性弹簧单元来建立双层管道模型,与解析解结果进行对比。利用建立的有限元模型,对双层管道进行不均匀温度场的参数化分析,给出不同温度场工况下管道系统的轴向效应分布情况,并将分析对象设定为长度不同的2种管道体系,分别对管道系统的锚固段变化趋势和锚固点移动进行分析,得到切合实际情况的计算结果。研究表明:引入ITT单元和非线性弹簧单元建立的双层管道模型对模拟双层管道不均匀温度效应研究具有更好的精确性,证实了在不均匀温度场作用下,双层管道内外管通过对中环保持了变形的协同性。

筒状结构局部热处理中分散式非均匀热源的辐射传热特性研究

采用有限元模拟技术,对筒状结构局部热处理中分散式非均匀热源的辐射传热特性进行研究,得出了在加热面积和升温速度相同的前提下,减少电阻丝数会导致加热区域内温度场不均匀度增大的结论;同时提出了最大相对辐射传热比的概念,并指出最大相对辐射传热比随着电阻丝数的增加逐渐减小。当电阻丝数大于30时,相对辐射传热比趋于一个略小于1的常数,即辐射传热在总热生成量中所占的比例已基本不受电阻丝数增加的影响。

夏热冬冷地区大型剧场建筑空调系统设计难点及分析

介绍了大型剧场建筑空调系统常规设计思路,针对舞台空调系统设计、观众厅温度场不均匀和空调系统消声设计等问题,进行了分析,提出一些初步解决方案。

热电偶布置方式对测温结果的影响

利用热电偶并联理论,对不均匀温度场进行了分析。利用数据采集板PCL-818HG对热电偶的热电势信号进行处理,用Visual Basic编写控制程序,实现了温度信号的数字化采集和显示。分析了准稳态法测导热系数实验过程,在热源相互干扰的不均匀温度场条件下,比较多支热电偶单点布置方式与并联布置方式的优缺点,得出了利用热电偶并联对不均匀温度场测量的参考式,并对该实验进行了改进。

功能梯度材料的研究进展

一、功能梯度材料的发展现状及应用前景 功能梯度材料(Functionary Gradient Material,FGM)是最近几年刚发展起来的一类新材料。其概念最初是为了解决空天飞机的热防护问题由日本学者首先提出来的。据估算,空天飞机以8M的速度做巡航飞行时,机头外表面温度可高达1800℃,冲压发动机进口处的温度也可达1700℃;而这些部件的另一面则与低融点液态金属或液态氢相接触。传统的金属材料无法承受如此恶劣的工作环境,而耐热的陶瓷材料由于其脆性难以实际应用。金属与陶瓷并用是解决问题的可能途径。FGM的设计思想如图1所示:用陶瓷作为高温接触表面和隔热层,以使材料获得超耐热性;用金属作为被冷却的一面,以保证材料良好的导热性与力学强度;同时采用特殊工艺方法控制金属与陶瓷接合部位的成分、结构与孔隙率等来调整热膨胀系数,使之连续逐渐地变化和过渡。这样大大缓合了FGM在不均匀温度场中服役时的内部热应力,使之可在最高温度1700℃以上,两侧温差1000℃以上的恶劣环境中使用。所以FGM不仅是空天飞机的热防护系统,也是火箭发动机燃烧室。

空间相机重复展收机构薄膜防护罩设计及分析

空间光学相机是高精度系统,其主镜由重复伸展机构支撑到位并实现系统成像。为了提高空间光学相机可重复展收机构的精度,基于Miura折纸原理提出薄膜防护罩折叠方法并进行了参数分析。采用NX/SST仿真软件分析了伸展机构有无防护罩包覆的温度场,研究了主镜安装面在不同温度梯度下的变形规律,利用伸展机构防护罩样机进行了伸展机构可重复展收实验。结果表明本文设计的可重复折展薄膜防护罩的展开角θ_(A)=120°时,结构已完成接近85%的展开,此时模型形状依然规整,验证了防护罩的随动重复展收功能。通过热分析发现,有防护罩时伸展机构最高温度为12℃,最低温度为3.5℃,与无防护罩相比,最高温度降低了22℃,最低温度提高了51.5℃,防护罩有效降低了伸展机构的温度梯度。实验结果表明,伸展机构在进行了10次重复展开试验后,在X方向重复精度平均值的绝对值为0.00216 mm,Y方向为0.00596 mm,Z方向为0.00348 mm。本文设计的伸展机构具有较高的重复展收精度,基于折纸原理设计的薄膜防护罩具有良好的可重复展收、遮光和热控效果,可以有效保证光学相机在空间环境的应用。

热钢板无损检测缺陷定位精度分析与修正方法

为了研究超声波在均匀温度场以及非均匀温度场作用下的金属材料中的传播规律,提高缺陷检测精度,利用多物理场耦合的方法,建立均匀温度场和非均匀温度场作用下的碳钢中超声检测有限元模型,预测了均匀高温和不均匀温度场下金属材料中缺陷超声检测的探测位置,仿真结果与已有的实验结果基本吻合,然后对仿真的缺陷位置进行数据回归拟合,建立了特定温度场作用下超声缺陷检测位置修正经验公式。研究表明:均匀温度场中金属材料温度的升高、非均匀温度场中固体上下表面温度差的增大以及缺陷与探测器之间距离的增大,都会导致缺陷定位误差的增大。利用回归拟合的缺陷位置修正经验公式,能够显著提高超声缺陷检测的定位精度。

板料离散热源加热扩孔实验研究

扩孔成形是板料成形技术之一,板料扩孔成形性能通常以成形后的扩孔率作为衡量指标。对SUS304不锈钢板料分别进行离散热源加热扩孔与均匀热源加热扩孔实验,通过对比2种扩孔方式下试样的扩孔率大小来分析扩孔方式对板料成形性能的影响。实验结果表明,离散热源加热对提高板料扩孔成形性能更具有优势,原因是离散热源加热时形成的不均匀温度场与板料的成形过程更为协调,能更有效地提高板料扩孔成形性能。

基于蒙特卡洛仿真的车间现场激光跟踪仪测量站位优化

为解决激光跟踪仪在车间现场测量站位优化的问题,以提高激光跟踪仪现场布置的合理性,减小测量不确定度,提出基于蒙特卡洛仿真的车间现场激光跟踪仪测量站位优化方法。综合考虑测量系统误差和温度误差的影响,建立了更加可靠的非均匀温度场下的激光跟踪仪测量模型。在此基础上,利用蒙特卡洛仿真分析方法建立了包含离散点和形位误差两类测量任务的测量任务不确定度评价模型。建立了以测量任务综合测量不确定度最小为优化目标的激光跟踪仪站位优化数学模型,并通过CATIA二次开发实现了以上数学模型及计算流程。以某飞机检验工装测量过程中的激光跟踪仪站位优化计算为例,验证了所提方法的有效性和合理性。

液氢贮罐无损储存时间影响因素分析

本文对某100m^3液氢贮罐进行了试验研究,在此基础上分析了不放空储存时间的各个影响因素,重点研究热流不均匀度(内支撑结构的影响)、初始充液率、升压压差等的影响,验证了已有的不放空储存无量纲关联式的适用性,进而对液氢贮罐的优化设计提出了改进建议,指出设计液氢储罐在减小总漏热量的同时,更应该注重促进液氢温度场的均匀。这些分析对液氢容器的优化设计和应用具有重要的指导意义。

铝合金框架车身弧焊焊接应力变形的控制

在没有外力作用的条件下,焊接应力在焊件内部是平衡的。焊接过程中产生焊接应力和变形的根本原因,是不均匀温度场以及由它引起的局部塑性变形和比热容不同的组织。当焊接引起的不均匀温度场尚未消失时,所产生的应力和变形称为瞬态焊接应力和变形;焊接温度场消失后的应力和变形称为残余焊接应力和变形。在以铝合金型材为主的铝合金框架车身的焊接过程中,由于焊接应力与变形引起的焊件形状和尺寸变化,带来产品的连接质量、几何尺寸精度、功能以及生产效率造成的影响比其他行业要大的多,因此,焊接应力变形是车身及其零部件设计和制造中需要重点考虑的问题。

不同流道布置的平板式固体氧化物燃料电池蠕变损伤研究

固体氧化物燃料电池(Solid oxide fuel cell,SOFC)长期在高温下运行,蠕变不可避免,蠕变变形会导致损伤,产生裂纹,不同流道布置对平板式SOFC蠕变损伤会产生显著的影响。建立平板式SOFC多物理场模型,将COMSOL多物理场数值模型计算得到的不均匀温度场作为热载荷施加到ABAQUS模型中,再基于Wen-Tu蠕变延性耗竭模型开发了蠕变损伤子程序,研究平板式SOFC同流、逆流、交叉流道设计下的蠕变行为。结果表明,平板式SOFC在同流、逆流、交叉流道设计下分别运行19 800 h、24 000 h、78 500 h后达到蠕变损伤临界值,裂纹萌生均位于上连接体处;运行50 000 h后同流条件下出现两处裂纹,逆流条件下出现四处裂纹,交叉流道布置下未出现裂纹;采用交叉流道布置可最大化平板式SOFC工作寿命。结论可为实现长期、高效、稳定运行的平板式SOFC优化设计提供理论依据。

火灾后不锈钢网架结构残余力学性能研究

研究火灾后不锈钢网架结构的残余力学性能,可为火灾后结构的评估鉴定及修复加固提供理论依据。基于奥氏体S30408不锈钢材料,采用欧洲ENV 1993-1-1∶1992《欧规3:钢结构设计规范》规定的高温下材料强度折减系数进行材料性能折减。以正放四角锥不锈钢网架为例,考虑结构在火灾升温90 min的不均匀温度场,运用ABAQUS有限元软件对比分析结构在常温下以及火灾发生过程中的力学性能。最后对火灾后有一定残余变形的结构进行分析,研究火灾后结构的残余力学性能以及承载能力。研究表明:火灾升温90 min过程中,不锈钢网架的内力及变形均有不同程度增加,其中三向铰支座处变化最快,很快达到屈服。火灾后,支座及跨中处部分杆件发生破坏。仅将破坏杆件替换修复,经分析,修复后的结构残余力学性能较好。

多物理场耦合作用下平板式固体氧化物燃料电池的蠕变损伤行为

利用COMSOL Multiphysics软件建立了电化学-气体流动-物质传递-温度相耦合的多物理场模型,将多物理场数值计算得到的不均匀温度场分布作为热载荷施加至ABAQUS模型中,基于由Wen-Tu蠕变延性耗竭模型开发的蠕变损伤子程序,研究了固体氧化物燃料电池(SOFC)的蠕变损伤行为,预测了蠕变裂纹演化过程。结果表明,SOFC各构件蠕变变形与损伤在运行初期迅速增大后基本保持不变,下连接体最先达到临界损伤值,是潜在危险区域,最容易发生失效;50000h后,SOFC出现2处蠕变损伤,最大裂纹发生于下连接体与阴极材料交界且距空气流道入口1.1 mm处,长度为1.6 mm,为非贯穿裂纹,较整体结构尺寸相比损伤较小不会发生气体泄漏,可以满足40000 h的商业安全运行要求。