海底单层保温管道配重层压溃试验分析研究

海底管道的配重层一般采用高密度混凝土材料喷涂完成,其自身的抗压强度对保证海管顺利铺设下水有着至关重要的作用。以渤海地区某海底单层保温配重管铺设项目为例,采用管段压溃试验方法检验材料的抗压性能,考察海底单层保温配重管各涂层结构在压溃过程中的作用,评价其承受张紧器夹持力的能力,从而为其海上铺设施工提供作业指导。

深水海底用管管环压溃试验可行性分析

鉴于全尺寸钢管压溃试验对试验设备要求极高,且费用昂贵、安装及试验周期长,在3 500 m深水海底用管的生产试制检验中设计了管环压溃试验装置.介绍该管环压溃试验装置的原理、结构、试样制备方法和试验流程,计算理论压溃极限值,并进行实物管环压溃试验.分析认为:该管环压溃试验装置结构简单、试验程序科学,能实现可持续、重复性好的钢管管环抗压溃极限值的检测;钢管的椭圆度和壁厚精度是影响钢管压溃性能的敏感性因素.

基于零件压溃试验加工硬化对吸能特性影响分析

零件加工过程促进了材料内部组织位错运动,起到了加工硬化作用,对力学性能提升具有重要作用,目前的仿真分析中忽略了此部分的影响。以汽车前防撞梁用QP980为研究对象,基于静态拉伸试验,对拉伸试样分别施加0%、5%、10%、15%的预应变,以获取加工硬化对材料力学性能主要特征参数的影响规律;基于Hollomon方程,获取加工硬化指数n的变化规律。根据分析结果,对方程进行修正,获取加工硬化系数k,并将其嵌入到材料动态特性本构模型中;根据零件薄壁梁落锤压溃试验,采用试验和仿真对比分析,研究加工硬化对零件吸能特性的影响。结果可知:加工硬化可促进材料组织位错,进而对材料力学性能产生较大影响;随着施加预应变逐渐增大,材料的强度逐渐提升,而屈服强度提升的更快;材料的断后延伸率和塑性积在不同预应变下的变化趋势相同,且变化趋势都比较明显,整体呈现下降的趋势;考虑加工硬化吸能特性分析结果与实际落锤压溃分析结果更为接近,最大误差在3%以内,表明模型仿真的准确性,进而说明嵌入加工硬化指数的准确性。分析内容和结果为此类研究材料吸能特性提供重要参考。

一种气缸套退刀槽压溃试验装置及试验结果分析

气缸套的退刀槽裂纹及断头的失效故障在内燃机工作中时有发生,对发动机产生严重损害,影响正常工作。在气缸套加工中采取退刀槽滚压能够有效降低故障率,但缺少对比试验依据及试验装置,本文介绍了一种用于退刀槽压溃试验的工装为滚压工艺验证提供数据支持。

基于落锤压溃试验高强钢材料吸能特性分析

选取双相高强钢DP590D+Z、DP780D+Z、DP980D+Z作为研究对象,基于高速拉伸试验对3种高强钢材料的动态力学性能进行对比分析,获取应变速率变化对材料力学性能的影响;基于高强钢材料薄壁梁结构落锤压溃试验,对材料的吸能特性进行分析,对比同一种材料不同冲击速度的吸能特性以及不同材料相同冲击工况的吸能特性。结果可知:随着材料强度增加,力学性能对应变速率敏感性降低,能量吸收对应变速率敏感性降低;当压溃试样的吸能比高于0. 95时,试样变形模式表现为压溃褶皱变形,此时试验准确反应材料的吸能特性;相同冲击条件下,材料强度增加,材料吸能比和比吸能均有所下降,平均载荷较大,极限载荷较小,载荷比较大,表明材料的承载力波动较小,表现出更好的承载特性;材料帽形梁结构的力学和吸能特性变化规律与原材料一致,可以作为车身设计选材的参考依据。

泡沫与塑料静态压溃分析及在行人小腿碰撞中验证

研究了行人保护小腿碰撞时,车辆前端材料的吸能性能。先对3种不同密度的泡沫和1种塑料,进行静态压溃性能试验。在此基础上,选择吸能较好的30 g/dm3的泡沫和这种塑料,在某款运动型多功能车(SUV)车上,测量了行人保护小腿碰撞试验中样件的吸能性能。结果表明:静态压溃试验中,该种塑料的整体性能优于泡沫,塑料试验的峰值载荷、平均载荷、总吸能为泡沫试验的4倍以上,塑料试验的质量比吸能也高于泡沫的。因此,在相同吸能空间条件下,采用塑料作为车辆前端吸能材料,能够降低行人小腿胫骨加速度及膝部弯曲角,因而,有利于改善行人小腿碰撞安全性。

棱边强化薄壁方管轴向压溃吸能特性

采用Hypermesh 9.0和Lsdyna 971数值仿真分析了棱边强化对薄壁方管轴向压溃过程能量吸收机理的影响。基于单个方管折叠单元能量平衡方程,采用分项能量修正法和影响因子归一化建立了棱边强化薄壁方管轴向压溃能量平衡方程。理论推导出棱边强化方管平均压溃力预测公式和吸能增幅表达式,其中,平均压溃力的仿真结果与预测公式计算结果吻合较好。Q235方管压溃试验结果表明,棱边强化方管平均压溃力公式也可用于预测原始方管,且效果更好。吸能对比表明:棱边强化后,棱边与平板的塑性变形在轴向压溃过程中存在强耦合关系,两部分的吸能均有提升。对于截面为56.36mm×56.36mm、厚度为1.0mm的薄壁方管,棱边约强化4倍,4条棱边仅占薄壁方管截面9.09%,理论上可使方管总体吸能量提升近30%,可见棱边强化能显著提升薄壁方管轴向压溃吸能水平。

海底单层保温管铺设受力的试验分析

国外某油田建设时,在海底管道S型试铺设过程中,单层保温管在经过张紧器后出现配重层开裂以及夹克管与保温层滑脱的现象。为探讨发生上述现象的原因,以便为后续工程的进一步实施提供指导,根据该条单层保温管涂层的技术参数、铺管船施工时的工艺参数以及试铺设过程中出现的问题,开展了模拟压溃试验和剪切试验。研究结果表明,单层保温管的压溃强度仅为468.5 kN/m,剪切试验中压溃管件的整管推脱力仅为944 kN。据此指出,该工程项目的单层保温管铺设施工,应控制张紧器夹持载荷不超过468.5 kN/m,以保证铺管作业的安全顺利进行。

井架模型极限载荷试验

为了研究井架承载至破坏整个过程,利用相似模型进行井架试验是非常必要的。应用相似理论制作了1∶13.3的JJ315/43—A型井架相似模型,在该模型上进行了井架安全承载试验与井架压溃破坏试验。由井架安全承载试验结果可知:井架上段为受力较大部位;井架立柱测试应力与大钩作用载荷呈线性关系。井架压溃试验发现:井架破坏发生在井架上段;实测井架模型大钩极限载荷为19.0kN,与双重非线性有限元分析计算结果基本一致,其相对误差在5.0%以内,证明以这种方法预测井架原型极限载荷是可行的。

棱边强化薄壁方管静动态轴压理论和仿真研究

本文旨在对棱边强化薄壁方管的静动态轴向压溃进行研究。首先分析了方管静态平均压溃力公式中的能量等效流动应力选取方法及其对理论预测结果的影响,之后结合Cowper-Symonds经验公式,导出了动态平均压溃力公式。同时基于Hypermesh 9.0建立了440A原始和棱边强化薄壁方管静动态轴向压溃有限元模型,仿真再现了塑性变形过程和压溃力波动状况,仿真值与理论值吻合得较好,最大偏差不超过4.0%。最后,制作若干个棱边塑性应变强化的35钢方管,进行压溃试验,验证了静态轴向压溃理论的有效性,理论值与试验值之间偏差仅为7.1%。本研究为棱边强化薄壁部件的强度设计及其在车身结构中的应用提供了参考。

基于极限承载能力分析的超深水水下分离器承压结构壁厚设计方法

基于结构极限承载能力分析法,以3 000 m超深水重力式水下分离器为研究对象,根据ASMEVIII-I基本公式计算结构初始壁厚,借助有限元软件建立了超深水水下分离器整体模型,开展了基于5%最大主应变准则的极限承载能力校核和双非线性稳定性极限承载能力校核,并在此基础上提出递归循环算法优化壁厚,最终构建了超深水水下分离器承压结构壁厚设计方法。根据最优壁厚制造了超深水水下分离器试验样机,开展了高压舱压溃试验,结果表明:本文所建立的超深水水下分离器整体模型具有较高精度,塑性极限分析和稳定性分析结果与试验结果的相对误差分别为13.11%、8.80%;本文所构建的超深水水下分离器承压结构壁厚设计方法充分利用了材料的极限承载能力,在保证结构高耐压和高可靠性的基础上,相比弹性应力分类法提高承载能力44.4%,并有效减小设计壁厚达20%。

复合材料货舱地板立柱压溃响应试验

复合材料已经在民用飞机结构上得到广泛应用,并逐渐应用到主承力结构中,复合材料的脆性特点给飞机的适坠性设计和评估提出了新的挑战。复合材料机身货舱地板支撑立柱作为坠撞过程中的重要吸能元件,对机身结构抗坠撞性能有重要影响。复合材料货舱地板支撑立柱在压溃失效模式下吸收的能量明显多于整体弯曲失效模式。根据民用飞机复合材料货舱地板立柱的设计需求,对不同试件触发模式、高度、截面形式、截面面积等设计参数变化的T700GC碳纤维/环氧树脂复合材料立柱开展准静态和动态压溃试验,得到立柱吸能特性的关键影响参数和设计因子。

基于正面碰撞汽车前纵梁结构优化设计分析

汽车发生正面碰撞时,前纵梁和防撞梁组成的吸能结构的承载能力直接影响到整车的安全性能。根据前纵梁的结构特点和碰撞吸能过程的变形特征,建立前纵梁的有限元分析模型;对前纵梁在吸能过程中的失效形式进行分析;压溃失效和折弯失效是两种主要的失效形式;折弯失效发生时,前纵梁失去原有的设计吸能作用,而临界角是发生折弯变形的最要指标;针对影响前纵梁折弯变形临界角的主要因素进行分析,包括长宽比、材料厚度、壁障摩擦系数等,获得结构参数对性能的影响规律;根据影响规律对某汽车前纵梁结构进行优化设计,并采用落锤压溃试验对结构优化前后的性能进行对比分析。结果可知:前纵梁发生弯曲变形时存在临界角度,对轴向承载影响较大;前纵梁的长宽比、壁障接触面摩擦系数是影响临界角度的重要因素;材料厚度的影响较小;降低长宽比,增大摩擦系数,在相同的倾角下,前纵梁弯曲承载变形能力提高,同时梁体轻量化13.7%;试验验证表明分析结果和优化设计的准确性,研究结果为此类设计提供参考。

基于仿生微圆结构的汽车吸能盒耐撞性分析

为提高汽车吸能盒的耐撞性,受甲虫鞘翅微观结构启发,研究了一种可应用于吸能盒结构设计的仿生微圆结构。建立了仿生微圆结构的有限元模型,对比分析了仿生微圆结构与传统肋板结构的吸能特性。基于简化超折叠单元理论,推导了仿生微圆结构在轴向载荷下的平均压溃力理论解。研究结果表明:与传统肋板结构相比,仿生微圆结构的能量吸收效率提高了32.20%以上,且理论解与试验结果的吻合度较高。

基于元件的复合材料结构耐撞性能分析方法

提出了基于元件的复合材料结构耐撞性分析方法 ,首先将结构细分成多种元件 ,通过试验和数值模拟研究元件的缓冲吸能性能 ,然后在元件研究的基础上建立复合材料结构的分析模型 ,该方法可以有效分析复合材料结构的耐撞性能 ,并已在工程实践中得到应用 .

变刚度碳纤维/环氧树脂复合材料薄壁圆管轴向压溃响应与破坏机制

通过控制缠绕线型改变轴管纤维角度,制备了一种轴向刚度渐变、压溃稳定的碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)变刚度薄壁圆管。对变刚度、[±45°]_(n)以及[90°]_(n)三类CFRP缠绕轴管进行轴向准静态压缩测试,结合数字图像相关技术(DIC)及有限元结果,对比三类结构压溃初始应变模式、损伤演化与应力状态结果,研究了变刚度结构的压溃响应与破坏机制。结果表明:不同纤维角度CFRP轴管因轴向刚度不同,压溃的初始破坏与损伤演化过程相异,三类结构产生不同的压溃响应与破坏模式。变刚度区连续变化的大角度纤维能有效地引发分层和“开花式”混合破坏,缓慢释放应变能,使变刚度CFRP轴管吸能效果明显优于其他两类结构。其峰值载荷为66.97 kN,压溃效率为50.8%,比吸能为10.1 kJ/kg,相对于[±45°]_(n)结构比吸能提升156.35%,压溃效率提升518.76%,相对于[90°]_(n)结构比吸能提升16.9%,压溃效率降低27.3%。

浅论结构设计对气缸套退刀槽强度的影响

本文采用对气缸套的压溃试验进行仿真的方法,研究了结构设计对气缸套退刀槽强度的影响因素和改善趋势。