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。

基于厚壁圆筒理论的气门座圈压装有限元分析

根据厚壁圆筒理论,将气门座圈压装过盈配合简化为组合厚壁圆筒模型,推导得出座圈过盈配合数学模型的弹性力学解,并进行强度校核。利用有限元软件对座圈压装进行平面应变、瞬态动力学的仿真分析,其仿真结果与理论计算结果具有高度吻合性;验证ANSYS仿真的可行性和优越性,其分析结果对实现气门座圈的精确压装、提升发动机装配质量和整体性能具有重要意义。

基于厚壁圆筒理论的组合凹模优化设计

运用传统的厚壁圆筒理论按Tresca屈服准则建立不同层数组合凹模所能承受的内压与其总直径比的数学关系模型 ,应用拉格朗日乘数法对组合凹模参数进行了优化设计 。

关于三维弹性理论、经典薄板理论、厚壁结构理论之间关系的探讨

本文以各种理论的基本假设为出发点 ,详细讨论并分析了三维弹性理论、平面问题、经典薄板理论、厚壁结构理论之间的过渡与联系 ,即经典理论实际上是三维弹性理论在某些特殊尺寸形状物体范围内的简化 ,而厚壁结构理论则是三维弹性理论与经典理论之间的过渡与联系。同时说明了基本假设对各种理论建立的重要性。

径向极化厚壁压电陶瓷管径向振动研究

应用平面应变和三维压电弹性力学理论,对径向极化厚壁压电陶瓷圆管径向振动特性进行研究.利用分离变量法,求解振子径向位移函数的微分方程,得到了位移函数精确解.推导出其机电类比等效电路,得出其等效电阻抗.在此基础上,推出振子共振反共振频率方程,得到了振子的阻抗特性曲线,探讨了振子的共振反共振频率和有效机电耦合系数与其几何尺寸之间的依赖关系.利用数值法得到了不同几何尺寸圆管振子的共振反共振频率,结果与数值分析一致.通过对两个压电圆管振子谐振频率的理论计算与实验测试,表明了理论的准确性与精确性,这为压电陶瓷复合管换能器的理论研究及设计提供了依据.

过盈连接结构优化设计探讨

过盈连接结构简单、定心精度高、可承受轴力扭矩等载荷,可靠性高,广泛应用于机械行业各领域。研究过盈连接设计理论和优化设计方法,对实际工程问题具有一定的指导作用。本文基于厚壁圆筒理论,分析了弹性和弹塑性状态下结合面压力、应力和过盈量之间的关系;然后基于上述分析结论,在弹性范围内,对几种过盈连接结构优化设计问题进行了探讨,提出了几种优化设计方法。通过优化设计,可以提高过盈连接中的结合面压力,提高连接强度,合理分配过盈连接结构结构参数,进而提高过盈连接的性能,满足实际工程应用中的要求。

全灌浆套筒连接抗冻性能研究及筒壁应力分析

为了探究冬季施工全灌浆套筒的抗冻性能,制作了15个全灌浆套筒经不同次数的冻融循环后进行单向拉拔试验,系统的分析其破坏过程及破坏形态。研究表明:套筒的强度随冻融循环次数的增加有不同程度的下降,当冻融循环达到100次时,灌浆料受损严重,破坏形式为钢筋被拔出。同时,建立了钢筋、灌浆料以及套筒三者之间相互作用的力学模型,运用厚壁圆筒理论,求出了常温状态下筒壁应力的弹性极限荷载,在弹性状态下,得出了筒壁的应变值,与试验值较为吻合。为寒冷地区灌浆套筒的设计提供数据支持。

熔喷非织造布卷绕张力分析及优化

为了研究卷绕过程中布卷内部应力分布规律,以厚壁圆筒理论模型为基础,对布卷内部周向应力分布进行弹性力学推演。通过低应变拉伸试验确定熔喷非织造布允许的拉伸条件,并在此基础上,以恒张力卷绕、恒力矩卷绕和锥度张力卷绕为例,分析了不同卷绕条件下布卷内部周向应力的分布情况,提出恒内张力卷绕策略,并得到了其卷绕张力函数曲线。结果表明:不同卷材的力学特性对卷绕效果存在较大影响,锥度张力卷绕和恒内张力卷绕均可有效改善卷绕效果并增大卷径比,采用恒内张力卷绕可有效避免收卷后的卷材不均匀变形问题。

风电锁紧盘传扭特性及影响因素分析

为揭示风电锁紧盘传扭特性及影响因素,建立风电锁紧盘切片厚壁圆筒模型,并搭建有限元模型模拟螺栓预紧、风电锁紧盘动态锁紧过程,研究风电锁紧盘传扭特性及主轴-轴套接触压力,以验证风电锁紧盘理论模型的合理性;进而,研究锥度与传扭能力和过盈量的关联关系;而后,研究装配间隙与内外环长锥面过盈量及径向位移的影响规律。研究结果表明,理论解与有限元解较为吻合,长锥面为过盈联接主要工作面,短锥面辅助联接;锥度越大,过盈量与传扭能力越高,但过大的锥度会加大与理论解的误差,甚至使材料发生塑性变形;配合间隙越小,传扭能力及外环内锥面径向位移越大,外环内锥面为整个联接中最薄弱的部位。

径向极化压电陶瓷管的径向振动研究

结合平面应变和三维压电弹性力学理论,对径向极化厚壁压电陶瓷细长管的径向振动进行了研究,得出位移函数、电势函数的精确解。利用振子静电电荷方程导出电位移及电场强度函数,解决了电压与电场强度非线性关系问题,进而辅助maple软件首次对厚壁管形振子等效电导纳进行研究,推出了精确的谐振反谐振频率方程。利用数值法得出了不同尺寸管形振子的谐振反谐振频率,并通过有限元分析,结果表明了本文理论的准确性与精确性,为压电陶瓷厚壁振子的理论研究及设计提供了依据。

大直径玻璃钢锚杆工作面帮支护性能试验研究

为解决瓦斯矿井采煤机截齿与钢质锚杆摩擦产生火花的问题,作者致力于用玻璃钢(FRP)锚杆代替钢制锚杆对巷道工作面帮进行支护,为此开展不同锚固方式条件下FRP锚杆力学性能试验研究;基于厚壁理论建立锚杆锚固力测试模拟模型,并进行实验室及现场应用试验。结果表明:27 mm的大直径FRP锚杆杆体抗拉力为278. 31 k N、抗剪切力为147. 94 kN,全锚固时杆体抗剪切力为282. 25 kN,满足矿井支护要求;实验室和现场试验拉拔力分别比螺纹钢锚杆高63%和31%,耗能值高24%;工作面帮采用FRP锚杆全锚支护,在锚杆间排距加大的条件下,支护效果仍优于原螺纹钢锚杆支护方案,可实现巷道安全支护。

不同围岩条件下锚杆肋间距与锚固力优化研究

为研究不同围岩条件下锚杆肋间距与锚固性能的关系,基于厚壁理论,对肋间距分别为12、24、36、48 mm的左旋螺纹钢锚杆锚固试件在套筒壁厚4.5 mm和6.0 mm条件下进行拉拔试验,通过测试拉拔力、拉拔力大于100 kN的位移量、套筒周向应变、耗能值等参数,探讨了不同围岩条件下锚杆肋间距与锚固性能的关系。试验结果表明:在不同的套筒中,即不同围岩条件下,随着肋间距的增加,锚杆拉拔力大于100 kN的位移量、套筒周向应变、拉拔耗能值相应增大;肋间距为24 mm时,锚杆拉拔力最大,相同肋间距的锚杆在围岩强度较大的条件下拉拔力较大;壁厚为4.5 mm的套筒周向应变均大于壁厚为6.0 mm的套筒,即不同围岩条件对锚杆控制其变形能力有重要影响;在不同围岩条件下,增大肋间距均可以提高锚杆的锚固性能。

大直径钻孔卸压对围岩强度与锚固力影响研究

为研究大直径钻孔卸压对围岩强度与锚固力的影响作用,利用厚壁理论模型建立实验室试验与现场围岩强度变化的对应关系,为实验室测试提供理论基础;利用数值模拟分析了大直径钻孔对围岩强度的影响作用,得到梁宝寺煤矿3320工作面煤壁钻孔卸压后的围岩强度减弱了20%~25%;通过实验测试,得到了现场使用的锚杆和锚固剂的力学性能;选用PVC、6061铝和20#钢不同材质的套筒分析了不同径向刚度对锚杆锚固力影响,锚固力大小介于55.4~110 kN之间;依据等效径向刚度公式,确定了直径为150 mm的卸压钻孔使锚杆锚固力弱化约为10%,为保持等效的围岩控制程度,支护强度应设计为无卸压钻孔时的1.10倍。

超欠挖状态下支护结构的力学特性研究

在传统的喷射混凝土支护结构设计中,通常假设支护结构层是一个薄壁等厚层。钻爆法开挖的隧道围岩表面由于受爆破的影响存在不同程度的超欠挖,导致初期支护喷射混凝土结构层厚度不均匀。充分考虑超欠挖情况下隧道围岩表面的不平整性,根据喷射混凝土支护厚度将支护后的隧道表面不规则形状依据实际喷层情况归结为未完全填充、局部填充和完全填充三类。基于弹性力学厚壁圆筒理论,建立了单一喷射混凝土支护结构和喷射混凝土+钢格栅联合支护结构的等效刚度与最大支护力的理论公式。基于上述原理,结合收敛-约束法对某隧道开挖工程的稳定性进行了分析,得到了隧道支护结构的安全系数。结果表明,所提出的方法对超欠挖隧道的稳定性分析具有较好的适用性,验证了该方法的可行性。

木工刀具液压夹紧轴套壁厚的设计计算

通过对厚壁圆筒理论和圆柱壳体理论的分析,得出木工刀具液压夹紧轴套结构的简化计算公式,并运用有限元分析软件对由公式设计的结构模型进行有限元分析验证。验证结果说明简化公式可作为轴套薄壁设计的计算方法。

基于回收的磨损尺寸胀修恢复技术

提出一种基于回收的磨损尺寸胀修恢复技术 ,并分析了胀修恢复后零件的残余应力分布 .根据理想弹塑性厚壁圆筒理论 ,在零件的原始设计中预留胀修恢复几何结构 ,当某些贵重零件的外径关键尺寸因磨损而失效后 ,通过胀修恢复技术把它胀大到预定值 ,使之恢复到设计公差范围内 .胀修恢复技术具有成本低、无污染、劳动强度小、不改变零件的表面形貌等优点 。

混凝土保护层锈胀开裂时间的计算模型

针对钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构使用寿命的重要因素,以及锈胀开裂为结构耐久性寿命的临界点的现象,假定混凝土满足双剪强度准则,利用厚壁圆筒理论,对均匀锈胀开裂过程进行弹塑性分析,建立了均匀锈胀厚壁圆筒模型.结合Faraday腐蚀定律,得到了锈胀开裂时间计算式.通过对计算式各主要参数的分析,发现增大混凝土保护层厚度、减小钢筋直径以及降低铁锈膨胀率,能有效提高钢筋混凝土结构的耐久性;混凝土强度等级对结构耐久性影响较小.理论计算值与已有试验值吻合较好,计算式合理、可行.

基于安规要求的圆珠笔压配结构设计研究

由于儿童误吸圆珠笔中滑脱的小零件有可能会造成窒息危险,国外纷纷建立了相应的安规检测项目。现有的圆珠笔压配结构设计中过盈量的确定厂家大多还是采用经验数据,并辅助模具修改使之达到安规要求,显然并不可靠。为此笔者将厚壁圆筒理论应用于圆珠笔的压配结构设计中,建立其正向设计数学模型和检验数学模型。正向设计数学模型可以定量的确定过盈量、拔出力、转动抗力等数据,以保证设计满足强度和安规的要求。检验数学模型则可以给修模提供可靠的依据和方向。通过实例计算和经验设计数据的对比,验证了数学模型的正确性。

小口径火炮弹底压力测试方法

小口径火炮膛内高温、高压和高过载的环境以及狭小的空间给弹底压力测试带来很多不便,为了准确测量小口径火炮弹底压力,提出了一种新的弹底压力测试方法.通过应变测试系统测出火炮身管外壁的应变,进而根据厚壁圆筒理论以及弹底压力解算公式推导出弹底压力.同时结合四阶龙格库塔算法建立弹底压力仿真模型,将仿真结果与测试结果进行对比,得出仿真曲线与测试曲线基本吻合,验证了该方法的可行性.该方法为火炮弹底压力测试提供了新的途径,对内弹道测试领域的发展具有重要意义.

外压作用下玻纤增强柔性管本构模型

为探讨外压工况下玻纤增强柔性管的应力应变关系,本文建立了外压工况下的玻纤增强柔性管本构模型。根据轴对称载荷下的管道位移场函数,基于三维缠绕厚壁圆筒原理,考虑了热塑性材料非线性,并且引入了玻纤增强柔性管变形引起的缠绕角度变化。将数值模拟计算结果与有限元模型结果进行了对比分析,在此基础上分析了缠绕角度和缠绕层数对玻纤增强柔性管力学性能的影响。结果表明:有限元计算结果与数值模拟结果吻合较好,增强层作为承压层应力值(纤维纵向应力、垂直于纤维方向的横向应力、纤维/基体剪切应力)最大。缠绕角度对不同方向上的承压能力影响不同,随着缠绕角增加可以更好地发挥纤维的承载能力。缠绕层数的增加,玻纤增强柔性管各方向承压能力呈现非线性增长。