带内裂纹厚壁圆筒管冲击疲劳实验中内压测定技术

本文设计了冲击内压循环加载实验装置 ,该装置能对试件产生连续内压加载 .通过对带裂纹厚壁筒试件外壁动应变的测定 ,和用有限元方法计算冲击内压下动应变的变化规律 ,求出了实验中所加的冲击内压 .

基于厚壁圆筒理论的袖阀管注浆开环压力计算方法及影响因素分析

目的袖阀管注浆技术已广泛应用于地层加固、路基病害治理、地铁站渗漏水处治等众多工程领域,然而袖阀管注浆的关键技术—开环压力的确定问题目前尚未有效解决。为解决此问题,方法基于厚壁圆筒理论模型,提出任意倾斜状态下袖阀管出浆口地层应力计算方法,结合第四强度准则,建立考虑多因素综合影响的袖阀管注浆开环压力理论计算公式,并进行开环压力影响因素分析。结果结果表明,袖阀管注浆开环压力随套壳料抗压强度、套壳料与土体泊松比比值、注浆深度、地层最小与最大水平主应力比值的增大而增大,随着套壳料内外半径比、套壳料与土体弹性模量比的增大而减小。套壳料抗压强度、套壳料内外半径比、注浆深度和注浆钻孔方向对开环压力的影响较显著。注浆钻孔方向对开环压力影响较大,α一定时,开环压力随β增大而减小;β一定时,开环压力随α增大而增大。将本文建立的袖阀管注浆开环压力计算公式应用于新建大冶北至阳新铁路DK107+105框架顶进涵工程,并与现有开环压力计算方法进行对比,利用本文方法计算得到的开环压力值更接近现场实测范围,并优于现有计算方法。结论研究结果可为袖阀管注浆理论发展和现场应用提供支持。

基于Mori-Tanaka方法的功能梯度厚壁圆筒近似热弹性理论解

【目的】功能梯度厚壁圆筒的热弹性问题存在不考虑组分材料微观结构影响,已有文献只给出了基于Mori-Tanaka方法功能梯度厚壁圆筒受力学和热学荷载的数值解,并且只考虑了球形夹杂这一单一夹杂形状的情形。【方法】基于Mori-Tanaka方法对功能梯度厚壁圆筒的热弹性问题进行分析,给出了一种近似热弹性理论解,该理论解不仅与数值解契合度高,而且可以考虑夹杂形状对物理量的影响,最后分析了不同边界条件下夹杂形状对径向位移和各向应力的影响。【结果】结果显示,在两种边界下,夹杂形状对径向位移都有较大的影响;但在温度边界下,夹杂形状对径向应力有较大影响,对轴向应力和周向应力影响较小;在应力边界下,夹杂形状对轴向应力影响较大,对周向应力和径向应力影响较小。

陶瓷基复合材料厚壁圆筒结构强度分析

针对固体火箭发动机喷管扩张段以及其在服役过程中受到的复杂载荷工况,开展了轴向力和内压双向加载下针刺C/C-ZrC-SiC复合材料厚壁圆筒试验件的强度破坏测试试验,获得了试验件的破坏强度和失效应变;结合修正的最大应力损伤失效准则与多尺度建模方法,建立了针刺复合材料厚壁圆筒试验件的有限元(FE)模型;模拟了复杂载荷作用下试样内部的应力、应变以及损伤演化状态,模拟结果与试验结果一致性较好。分析结果对于改进固体火箭发动机针刺C/C-ZrC-SiC复合材料喷管扩张段结构设计有一定的参考价值。

用统一强度理论求厚壁圆筒和厚壁球壳的极限解

采用俞茂宏统一强度理论分析了厚壁圆筒和厚壁球壳的极限荷载 ,得出了统一解形式。利用此解可以合理地得出不同材料的相应解 ,它既可以适用于拉压强度相等的材料 ,也可以适用于拉压强度不相等的材料 ,并且能充分发挥材料性能 ,从而减轻结构重量 。

厚壁圆筒自增强压力的优化分析

采用考虑材料应变强化效应和包辛格效应的双线性材料模型,建立了厚壁圆筒自增强理论模型。基于工作时的等效应力及周向应力,提出了最佳自增强压力的评定方法并给出了理论求解过程。采用有限元软件对自增强厚壁圆筒涉及的三个加载过程进行模拟分析,模拟结果与理论计算结果相吻合。由模拟结果得到了厚壁圆筒工作时的最大等效应力和最大周向应力与自增强压力的关系曲线,并采用直接加权组合法进行优化,得到了最佳自增强压力。研究结果为厚壁圆筒最佳自增强压力的求解提供了新思路,具有一定的工程意义。

单层厚壁圆筒弹性动应力的简化计算方法

厚壁圆筒在爆炸领域被广泛应用,经典厚壁圆筒弹性动应力公式计算十分复杂,不利于工程直接应用。为了得到有效的精度较高的单层厚壁圆筒弹性动应力的简化计算公式,从经典动应力公式出发,通过求取频率特征方程的特征值,再将其代入动应力公式中进行简化计算,结合对动应力公式的级数表达式的讨论,最后得到了简化的厚壁圆筒内壁和外壁处动应力计算公式。数值计算结果表明,在圆筒外直径和内直径之比K不超过2时,简化计算结果和精确解的相对误差不大于6%。

含充填物的厚壁圆筒砂岩的力学性质研究

基于单轴和常规三轴压缩试验,采用完整试样、空心及铝棒充填的厚壁圆筒试样,模拟研究支护对圆形巷道的强度、变形和破坏特征的影响。结果表明:充填试样和完整试样的单轴压缩强度和弹性模量大致相同,而厚壁圆筒试样的强度和弹性模量则偏低31.8%和22.4%;厚壁圆筒试样三轴压缩时出现沿圆周层状破坏,其剪切面积随着围压的增大而减少,围压40 MPa时出现明显塌孔;充填试样进入塑性屈服阶段后,充填物才会对试样的力学性质产生明显影响;充填物改变了孔道内部应力状态,使孔道内壁由原来的二维应力状态恢复到三维应力状态,抑制了孔道内壁的侧向变形,防止自由面岩石的脱落;岩石破坏并不代表承载能力消失,充填试样岩石破坏后失去黏结力,载荷主要通过充填物与岩石、岩石裂隙之间摩擦力共同承载。

在复杂应力状态下厚壁圆筒的极限分析

应用双剪统一强度理论,考虑材料的拉压异性和同性,推导了在内压力和轴力联合作用下的厚壁圆筒的塑性极限载荷计算公式,并且绘制了其极限载荷线图。在这些计算公式中,当其系数取不同的值时,就能得到按Tresca屈服准则、线性逼近的Mises屈服准则和双剪应力屈服准则的计算结果。应用其极限载荷线图,根据其承受的载荷大小,就能判断厚壁圆筒是否达到了屈服极限状态。绘制了在不同屈服准则下的极限载荷线图,以便对其差异进行比较。

拉压强度不等材料的厚壁圆筒的统一极限解

采用俞茂鋐统一强度理论分析了厚壁圆筒的极限荷载，得出统一解形式，它既可以适用于拉压强度相等的材料，也可以适用于拉压强度不相等的材料．

理想弹塑性厚壁圆筒弹塑性应力场再研究

对理想弹塑性厚壁圆筒受内外均布压力问题重新进行了研究,指出了现行应力场解答中存在的问题及产生这些问题的根源,并进一步求出了该问题的准确解答。

带裂纹厚壁圆筒应力强度因子的几种计算方法

确定应力强度因子是断裂力学的重要内容。该文在考虑裂纹尖端应力应变奇异性的前提下 ,通过有限元的位移法和应力法分别计算了承受高压厚壁筒裂纹尖端处的应力强度因子 ,并且利用边界配置法的结果比较这 2种方法的精度。同时 。

考虑应变软化厚壁圆筒受外压作用统一极限解

为了解混凝土或岩石类材料厚壁圆筒受外压作用的承载特性,根据俞茂宏的统一强度理论,考虑材料的应变软化特性,得到了适合应变软化材料的统一强度准则,并据此推导出了混凝土或岩石类材料厚壁圆筒受外压作用的弹性与塑性极限荷载公式.还详细讨论了厚壁圆筒外半径与内半径比、反映中间主剪应力作用以及相应面上的正应力作用对材料破坏影响程度的系数、材料的拉压强度比以及损伤参量等对圆筒极限荷载的影响,得到了一些可供工程设计参考的重要结果.

非均匀载荷下厚壁圆筒稳态蠕变应力的计算

根据多维应力下稳态蠕变的基础理论,采用应力函数法推导出一类外边界固定、内边界受非均匀载荷的厚壁圆筒稳态蠕变应力计算公式;分析了不同外内径比K下厚壁圆筒的蠕变应力和应力分布情况,证实最大蠕变应力发生在厚壁圆筒内边界最大受力处,厚壁圆筒的最大蠕变应力随着壁厚的增加呈现出先增加后减小的规律,且当K=1.58时蠕变应力最大。应用所得计算公式,针对工程中油膜轴承衬套因承受油膜压力而发生的蠕变问题进行了蠕变应力解析求解。通过蠕变拉伸试验,得到了衬套内壁材料的诺顿稳态蠕变本构方程,并根据蠕变系数,利用有限元分析软件ANSYS计算了衬套的蠕变应力。最后,比较了上述2种方法得到的蠕变应力,表明文中给出的计算方法与有限元方法所得结果吻合,验证了该解析算法的正确性,从而可以为厚壁圆筒的结构设计和多维蠕变应力解析求解提供理论依据。

厚壁圆筒爆破压力计算公式的工程适用性研究

均值、标准差与变异系数是分析设计公式精度的重要指标;比较设计公式工程适用性是工程设计的重要内容;评价指标与方法是比较设计公式工程适用性强弱的重要依据。以4个厚壁圆筒爆破压力计算公式为例,考虑厚壁圆筒爆破压力与载荷的随机不确定性,应用应力-强度干涉模型,基于分析公式精度的重要指标,建立了判断爆破压力计算公式工程适用性的评价指标与方法。在相同或不同应用范围,比较了4个公式的工程适用性,可供同行在设计时参考。

基于各向异性损伤的厚壁圆筒应力分布有限元分析

围岩的应力分布影响地下硐室的稳定。基于各向异性损伤理论研制了相应的轴对称有限元程序,分析了厚壁圆筒在外压作用下的应力分布。围岩的切向应力梯度随着材料脆性指数的增加而增大,厚壁圆筒临近整体破坏时,最大切向应力位于距筒壁内表面一定深度处。研究结果较好地解释了岩爆剥落岩片存在一定厚度这一现象的力学机制。

热—机载荷下厚壁圆筒自增强压力与安全性分析

推导厚壁圆筒在内压及热梯度载荷作用下的最佳自增强压力,并基于ANSYS优化分析结果对理论解进行验证。同时进一步探讨循环热机载荷下自增强对厚壁圆筒安定行为的影响。结果表明,不考虑热载荷时自增强处理会增大工作状态下圆筒内外壁应力差,从而降低结构的疲劳强度;当量纲一温度tn≤0.75时,最佳自增强压力的理论解与数值解一致,最大误差不超过1%,而当0.75<tn≤1.00时二者偏差较大,但此时内外壁等效应力差很小,结构无须进行自增强处理;另外,在常内压和循环热载荷下,自增强对厚壁圆筒的安定性影响很小,工程上可根据解析解进行自增强处理,提高结构的承载能力。

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.

厚壁圆筒内壁半椭圆形多裂缝应力强度因子的研究

通过受内压厚壁圆筒内表面环向均布与非均布多个纵向半椭圆形裂缝大量的三维光弹性实验 ,测量了其应力场和“应力强度因子”( SIF) ,得到了它们的变化规律 ,研究了使 SIF变化的“载荷松弛”现象的机理 ,发现了在有裂缝的应力场中“附加弯矩”的出现是“载荷松弛”现象的本质 ,建立了无因次“附加弯矩”和“载荷松弛因子”( LRF)的表达式 ,利用 LRF概念和实验结果以及有关学者的结果建立了相对分布两个不同裂缝以及环向均布和非均布半椭圆形多裂缝 SIF的近似计算式 ,用三维趋势面描绘了它们的变化规律 ,给出了工程上的应用方法和实例。

自紧厚壁圆筒静压强度模拟试验研究

介绍38CrNi3MoV钢制厚壁圆筒模拟管的试制过程,对6支厚壁圆筒模拟管进行液压自紧和静压强度模拟试验。结果表明:在壁厚比1.6和1.65、自紧压力720～780 MPa、材料强度Rr0.1≥1 280 MPa条件下,采用液压自紧工艺后6支厚壁圆筒模拟管实测静压强度达520～575 MPa,实测静压强度为理论静压强度的70%～76%。