基于连续介质损伤力学的钛合金耐压球壳极限强度分析

本文在连续介质损伤力学理论框架下,以深海载人装备耐压球壳结构为研究对象,开展Bonora损伤模型适用性研究。首先,设计TA31钛合金加载卸载试验,依据试验结果,分析Bonora模型参数对材料应力应变响应的影响规律;随后,提出一种模型参数校准方法,依据试验数据确定TA31钛合金的模型参数;最后,将Bonora模型通过VUMAT子程序的形式嵌入到有限元软件中,开展钛合金球壳结构的极限强度分析,并与传统方法进行对比。研究结果表明,在耐压球壳极限强度分析中,引入Bonora模型可以准确模拟耐压球壳结构的失效模式和破坏压力。该模型在材料本构关系中考虑了屈服强度、抗拉强度以及最大塑性应变的影响,结构失效的物理意义更加明确,对材料性能的优化与提升具有指导意义。

基于自适应Kriging的耐压球壳可靠性计算方法研究

为研究耐压球壳的可靠性计算问题,提出基于自适应Kriging的耐压球壳可靠性计算方法。该方法主要包括在开展试验设计的基础上,基于有限元方法获得样本点对应的承载能力,使用自适应Kriging方法结合ERF学习函数构建结构失效方程,并在此基础上开展可靠性计算。耐压球壳计算结果表明,10个验证样本点计算结果偏差均小于0.5‰,该方法具有较高精度和计算效率。基于计算结果提出在开展自适应方法建立Kriging模型过程中,学习函数的收敛指标应随着计算方法的精度进行适当地调整的结论。研究结果可为无失效方程结构的可靠性计算提供参考。

基于局部探测法的外压球壳屈曲载荷设计方法研究

由于受外压球形容器的缺陷敏感性不可避免,其屈曲设计是值得关注的课题,因此系统地研究了基于局部探测法的外压条件下的缺陷敏感球壳结构屈曲设计。根据探测结果,提出了3种屈曲载荷设计方法:能量势垒法、最大曲率法、等效缺陷法。在考虑材料属性影响的基础上,详细介绍了3种屈曲载荷设计方法,并通过具有不同几何缺陷的球壳屈曲响应,对提出的设计方法进行对比与验证。研究结果表明,所提出的屈曲载荷设计方法与现行标准相比,能够针对特定的球壳结构,在考虑缺陷敏感性的前提下,给出精细化的屈曲载荷设计结果。利用3种特定结构对该方法进行验证,每种结构最低试验折减因子分别为0.390,0.224,0.290,而通过文中提出的设计方法计算得到的每种结构最高设计折减因子分别为0.315,0.213,0.171,均低于试验值,体现了提出的设计方法的可靠性。

石灰粉粒度分布对压球效果影响研究

为提高石灰成球装置的石灰球团的强度和成球率,使石灰压球装置高效使用,利用现有试验室压球机开展了不同粒径石灰粉料的压球成型试验。结果发现,采用小于5 mm石灰颗粒的石灰球团强度和成球率较高,并对现场装置提出了诸多建议。

折叠顶压球囊与传统巩膜外加压治疗孔源性视网膜脱离的对比研究

目的:对折叠顶压球囊(FCB)与传统巩膜外加压术(SB)治疗孔源性视网膜脱离(RRD)的疗效及并发症进行对比研究。方法:回顾性分析2019-03/2022-04我院81例82眼RRD患者的临床资料,对比两种治疗方式下患者术后的视网膜复位率、最佳矫正视力和视网膜下积液吸收的疗效差异,以及术后不适、并发症的发生率。结果:术后FCB组视网膜复位率为96%,SB组复位率为92%,两组无差异(P>0.05)。两组波及黄斑患眼的最佳矫正视力手术前后比较均有差异(P<0.01)。两组均可促进患眼视网膜下积液吸收。FCB组手术时间为16.50(12.75,25.00)min, SB组手术时间为38.00(36.25,41.75)min(P<0.001)。FCB组患者术后眼睑肿胀不适发生率明显低于SB组(P<0.001),术后1d FCB组VAS疼痛评分1.00(0.00,2.00)分,SB组3.00(2.00,3.00)分(P<0.001)。结论:FCB治疗RRD是一种安全有效且可减轻患者痛苦的手术方法,相较于SB,手术时间明显缩短,患者术后不良反应轻。

基于人工智能的深潜耐压球壳应力场映射

目的针对深潜耐压球壳在真实下潜过程中全局应力场难以直接获取的问题,提出一种基于人工智能的深潜耐压球壳应力场映射算法。方法构建深潜耐压球壳有限元模型,并开展仿真分析。提出深潜耐压球壳监测布点方案,进而利用长短时记忆神经网络(Long-short Term Memory Network,LSTM),将测点应力信息作为输入,将全局应力场信息作为输出,构建深潜耐压球壳应力场映射模型。最后,对不同测点下的映射结果进行分析。结果与模型试验结果相比,仿真误差小于2%。与DNN模型及BP模型相比,映射误差分别下降94.92%与97.76%。结论所提映射算法可在部分测点失效的情况下仍可以保持较高精度。

基于重要抽样法的耐压球壳可靠性计算方法研究

目的 解决耐压球壳极小失效概率的可靠性计算问题。方法 在自适应Kriging的基础上,结合重要抽样法提出耐压球壳可靠性计算方法。该方法在较大失效概率下构建的Kriging模型基础上获得重要方向,在重要方向上计算得到较低失效概率下的设计点,以设计点为中心,构建小失效概率的Kriging模型,并通过此模型采用重要抽样法开展可靠性计算。结果 分别使用提出的重要抽样法和蒙特卡洛法计算了2个算例的失效概率,计算结果表明,该方法具有较高的精度和效率。使用该方法对某耐压球壳工作载荷下的失效概率进行了计算,计算得到该球壳失效概率为4.094×10^(–96)。结论 研究结果可为无失效方程下极低失效概率的可靠性计算问题提供参考。

折叠顶压球囊治疗裂孔位置距角膜缘后≥15mm的孔源性视网膜脱离初步临床观察

目的:初步评价折叠顶压球囊(foldable capsule buckle,FCB)治疗孔源性视网膜脱离(rhegmatogenous retinal detachment,RRD)的有效性、安全性以及手术可操作性。方法:裂孔位置距角膜缘后≥15 mm的采用前瞻性临床病例研究。选择2020年3月至2021年9月在济南明水眼科医院院行FCB植入术治疗裂孔位置距角膜缘后≥15 mm的10例RRD患者(10眼)。应用眼部B型超声、眼底照相评价手术效果。根据术后有无FCB是否暴露、复视情况、排斥反应、眼球运动障碍等术后并发症的发生情况评价手术的疗效和安全性。结果:随访6个月~2年。10例RRD患者在术后通过眼部B超、眼底照相及光学相干断层扫描(optical coherence tomography,OCT)评估视网膜均复位。1例合并黄斑区视网膜脱离的患者视力提高。9例患者术后出现复视,术后1~3个月复视消失,1例在术后4个月仍存在复视,行FCB取出,术后视网膜未出现再脱离,复视症状消失。结论:初步研究可确定FCB植入治疗裂孔位置比较靠后(距角膜缘后≥15 mm)且传统巩膜扣带术操作难度大的孔源性视网膜脱离安全、有效,对眼球损伤小,易于操作。

不锈钢除尘灰冷压球工艺技术应用

不锈钢除尘灰是一种回收利用价值很高的工业危废,通过加入黏合剂使除尘灰和其他回收返矿混合后进行冷压球,再送至炼钢、矿热炉予以使用,这可以实现金属回收再利用,同时还可以解决工业危废难处置的问题。此外,分析将除尘灰用于烧结混料这一长流程处置工艺中所产生的经济效益,并与将其压球后用于炼钢或矿热炉这样的短流程工序所产生的经济效益进行对比,以助相关企业能够选择最优的除尘灰的处置方式。

不同性能锰铁合金除尘灰冷压球团的研究

锰铁合金生产设备主要包括回转窑、矿热炉、精炼电炉、摇炉等,在每个冶炼环节都会产生数量不等的粉尘,其中平均含有20%以上的Mn元素,极具回收价值.由于各工序的工艺不同,故收集的除尘灰成分与性能也不同.回转窑除尘灰比表面积小、颗粒粗,压制强度低,可与其他种类的除尘灰搭配使用.矿热炉除尘灰采用水玻璃作为黏合剂可达到使用要求.精炼炉除尘灰可直接干压成型,制品强度高、抗摔性能好、耐高温、成本低.对于不同性能的除尘灰需分类处理,为冷压球团生产线提供一定的依据.

深海载人潜水器耐压球壳极限强度研究

对现有的潜水器耐压壳的研究主要都围绕薄壳结构,而深海载人潜水器耐压球壳,已属于厚壳的范围。国际上还没有均匀外压下厚球壳的解析解,只有美国海军泰勒水池耐压球壳设计公式及俄罗斯相应的公式可以参考。因此本文基于有限元的分析方法,对大深度载人潜水器耐压球壳极限强度进行了研究。通过对有限元参数的比较,提出了一个合理的有限元分析模型,计算结果与实验数据相符,而泰勒水池公式及俄罗斯公式的误差较大。然后计算了一系列半径厚度比下的耐压球壳的极限强度,并研究了初挠度的影响。本文认为对于深海载人潜水器耐压球壳可以直接根据有限元计算确定其极限强度,泰勒水池公式和俄罗斯公式偏于保守;耐压球壳经过精加工,初挠度对于其极限强度的影响不大。为了实用起见,本文还给出了完善耐压球壳极限强度与经典值的比值曲线,以及初挠度效应曲线。

特高压交流套管尾部均压球结构优化研究

针对套管尾部均压球表面电场分布不均匀、容易发生电晕及绝缘介质击穿的问题,应用三维有限元法,对特高压交流套管的电位电场分布进行了仿真计算,得出套管尾部均压球表面的电场分布不均匀,上、下段弧面的场强较高,中间区域的场强较低.分析了均压球的结构参数对其表面电场分布的影响,并以此确定了均压球结构优化的目标函数.在此基础上,利用神经网络拟合了均压球结构参数与优化目标之间的关系,得到了均压球结构参数的最优解.通过对特高压交流变压器套管尾部均压球结构优化,均压球表面最大电场强度降低了20%,均压球表面电场分布更加均匀,提高了套管尾部闪络电压,且结构简单、易于生产.

深海载人潜水器有开孔耐压球壳的极限强度

钛合金制深海载人潜水器耐压球壳属中厚度壳结构,上面设有人孔、观察窗等多个开孔,加工建造过程中又会产生初始缺陷,因此,这类结构的极限强度乃是设计者所必须关注的问题。本文利用AN SY S软件对上述有开孔耐压球壳的极限强度进行非线性有限元分析,计算了局部缺陷范围及幅值的变化对壳体极限强度的影响。计算结果表明,有围壁加强的开孔耐压球壳与无开孔耐压球壳的极限强度相差不大。

深海载人潜水器耐压球壳的非线性有限元分析

潜水器耐压球壳的稳定性是开发深海载人潜水器的关键技术之一,其球壳已达中厚壳范围,因此需考虑横向剪切变形的影响。本文基于非线性有限元方法,对大深度载人潜水器耐压球壳的非线性稳定性进行了研究,考虑了加工过程造成的不圆度、材料屈服引起的应变强化呈现的材料非线性、以及壳体整体屈服产生的塑性大变形而表现的几何非线性等因素的影响。计算表明,相同厚度耐压球壳的失稳临界压力随半径的增大而减少;球壳半径不变时,失稳临界压力则随厚度的增加而增大。文中给出了球壳失稳临界压力、厚度与直径的关系曲线,据此可选择潜水器耐压球壳的最佳几何尺寸。

初始缺陷对深海载人潜水器耐压球壳塑性稳定性影响

载人深潜器耐压球壳是中厚度壳结构,当结构发生失稳时,球壳结构的局部部位因为材料达到屈服极限而发生了塑性变形。将有限元分析与经典理论相结合,研究弹性屈曲模态缺陷、局部缺陷以及球壳整体圆度和厚度偏差对中厚度球壳结构的塑性稳定性的影响。计算结果表明中厚度球壳结构对初始缺陷并不很敏感,对球壳结构当局部缺陷范围刚好达到临界弧长时结构的承载力最弱。通过缺陷结构和完善结构的极限承载力比较,提供了初始缺陷影响曲线。

载人潜水器耐压球壳的多目标优化设计

采用基于响应面(RSM)近似模型和遗传算法(GA)对某深海载人潜水器耐压球壳进行多目标优化设计。首先建立深海载人潜水器耐压球壳的结构优化模型,通过试验设计(DOE)获得设计目标的响应特性,拟合得到响应面近似模型,最后采用Pareto遗传算法对响应面模型进行多目标优化求解,得到潜水器耐压球壳的优化设计方案。

大深度载人潜水器载人耐压球壳的疲劳载荷谱分析

大深度载人潜水器的载人耐压球壳是载人潜水器上的最关键部件,它不仅为载人潜水器驾驶员和科学家提供了深海作业的生存空间,而且也为众多的非耐压仪器设备提供了工作环境。载人潜水器每执行一次下潜任务,耐压球壳都要承受一次海水压力作用,随着使用次数的增加。有可能会发生载人耐压球壳的低周疲劳破坏。为了确保载人潜水器载人球壳的安全性,在设计阶段必须进行载人耐压球壳的低周疲劳寿命分析。作为载人球壳低周疲劳寿命分析的基础,必须首先确定载人耐压球壳的疲劳载荷谱。本文通过对美国Alvin深海载人潜水器的使用统计资料的深入分析,提出了可以用GUMBEL分布来描述大深度载人耐压球壳疲劳载荷谱。根据设计任务书中规定的总的下潜次数要求,最后给出了我国目前正在研制的7000米载人潜水器耐压球壳的疲劳载荷谱。

有开孔加强结构耐压球壳稳健性优化

为提高有开孔加强结构耐压球壳的稳健性,本文采用最优拉丁超立方方法进行了样本点的选取,进行了设计变量灵敏度分析。在降低了设计变量维数的基础上,重新选择样本点进行了计算,采用响应面模型进行了样本点的拟合,得到了满足工程要求的近似模型。研究了稳健性和蒙特卡洛抽样,考虑了设计过程中的不确定性,建立了有开孔加强结构耐压球壳多响应多目标稳健性优化模型,采用第二代非支配排序遗传算法(NSGA-II)进行了优化求解。相比初始方案,3σ和6σ的方案减重效果分别为141.8171、81.004 kg,但6σ方案的稳健性要明显优于3σ方案。

用改进粒子群神经网络混合算法优化特高压油气套管均压球结构

在我国特高压(ultra-high voltage,UHV)油气套管样机的试制过程中,套管尾部电场分布和均压球结构的优化是一项重要的研究内容。为此,详细介绍了改进粒子群神经网络混合算法(PSO-BP算法)的基本原理和流程,运用连续显式函数验证了该算法的寻优能力和准确度;并运用该算法对套管尾部均压球结构进行了优化。研究表明:PSO-BP算法能较准确地搜寻到显式函数的极值点,具有较强的挑出局部最优解的能力;需用套管3维全模型才能较准确地计算得出套管尾部的电场分布;PSO-BP算法能有效搜寻到均压球结构参数的最佳配置;优化后均压球表面的最大电场强度较优化前降低了约64.9%,且PSO-BP算法较传统PSO算法可节省约75.2%的计算时间。该研究结果已成功运用于特高压油气套管样机的试制并完成了全部型式试验。

铁坑褐铁矿石压球—磁化焙烧—弱磁选试验

为使铁坑褐铁矿石能得到高效利用,采用压球—磁化焙烧—弱磁选工艺对其进行了选矿试验,主要考察了成球条件对球团强度的影响及磁化焙烧条件和磨矿细度对铁精矿指标的影响。试验结果表明:在内配煤、水、黏结剂CMC与原矿的质量比分别为20%、10%、0.5%,压力为190 kN的条件下压球,可使球团的强度达到要求;球团在外配煤与原矿的质量比为15%、焙烧温度为900℃、焙烧时间为50 min的条件下磁化焙烧,焙烧矿磨至-0.074 mm占85%后进行磁场强度分别为159.2和119.4 kA/m的1粗1精弱磁选,可获得铁品位为63.55%、SiO2含量为6.38%、铁回收率为83.54%的铁精矿。