考虑非均匀应力分布的大型筒节轧制力计算模型

为了准确计算筒节轧制力,建立一种基于切块法的考虑筒节不均匀应力分布的轧制力计算模型。根据轧制过程中筒节和轧辊的几何关系,精确计算筒节内外表面的接触弧长;根据筒节非对称轧制条件,考虑非均匀分布的张应力和切应力,建立筒节轧制变形区(前滑区、搓轧区和后滑区)的力平衡微分方程;基于有限元软件Marc研究大型筒节轧制的轧透性条件。对某厂3 700 mm筒节轧机典型产品进行仿真,结果表明模型计算结果与实测结果误差小于10%,满足工业应用要求;为了满足轧制过程稳定性和异步轧制条件,筒节轧制压下量Δh>20 mm,上下轧辊速比1<v2/v1<1.02;上下轧辊速比对平均切应力影响较大,压下量对平均切应力的影响较小。

FRP抗剪加固RC梁的应力不均匀分布系数研究

研究使用外贴纤维增强复合材料(FRP)以U型包裹无锚固方式对钢筋混凝土梁进行抗剪加固情况下的FRP应力不均匀分布系数Dfrp表达式。结合已有研究,提出一个新的Dfrp表达式,并将该表达式与现有的FRP-混凝土界面粘结应力模型相结合以得出若干个不同的FRP抗剪贡献值计算模型。此外,从近年相关研究的文献中,建立了一个U型无锚固FRP抗剪加固钢筋混凝土梁的实验数据库,通过将上述模型对数据库中实验试件抗剪贡献的预测值与数据库中相应的实验值进行对比,分析各个模型的优劣,最终得出一个最优的、简便安全且适用于工程实践的FRP抗剪承载力贡献模型。

考虑界面应力分布不均匀影响的挡土墙主动土压力分析方法

目前关于挡土墙土压力的计算多采用水平分层研究方法,该法在计算分析中常假设分层单元界面上的竖向正应力和水平剪切应力均匀分布,未考虑界面应力分布不均匀对土压力计算结果的影响。为此,本文基于现有的墙后填土应力分布及主应力偏转规律,将界面上不均匀分布的剪应力和正应力等效为作用在楔体单元边界的集中力,通过楔体单元受力分析及其静力平衡条件,建立了可以考虑单元界面剪应力和正应力分布不均匀影响的挡土墙主动土压力分析新方法,并探讨了不均匀界面应力对土压力计算结果的影响。研究结果表明:分层单元不均匀界面应力作为滑动楔体内部土体的内力不会对土压力合力的大小产生影响,但会对土压力分布和土压力合力作用点位置产生影响,且相对于水平剪切应力,竖向正应力对土压力计算结果的影响更大。通过对比论证,发现在考虑界面应力分布不均匀情况下,计算结果可以更准确地描述土压力的分布规律,土压力分布曲线的拐点随着墙土接触摩擦角δ的增大和填土内摩擦角φ的减小而上升,土压力合力作用点位置随着δ/φ的增大而上升。

压应力非均匀分布下螺栓连接件垂向刚度研究

首先选取2块等厚度且半径足够大的圆盘型被连接件为研究对象,其轴向压缩变形体可等效为2个空心圆锥体。通过假设其垂直于螺栓轴的横向压应力非均匀分布并呈四次多项式分布以及假设横向压应力均匀分布,分别推导了其轴向压缩变形体的刚度计算公式。依据研究模型选择了不同尺寸和不同材料的螺栓连接,并建立其详细的有限元模型,并对其进行理论以及有限元对比分析计算,得出了当被连接件等效压缩体可简化为空心圆锥体时更精确的轴向压缩刚度计算公式。

潜艇耐压船体周向应力分布不均匀性对稳定性的影响

在考虑了环肋圆柱壳在静水压力作用下失稳前周向应力分布不均匀性的基础上，具体提出了其径向变形的近似公式，并由此推导出了总体稳定和局部稳定的理论临界压力公式。实例计算表明其精度提高，同传统的计算公式相比较，物理意义明确，计算结果精确。

废石尾砂充填结构体应力分布与覆岩变形移动规律研究

废石尾砂交替充填采场由废石和尾砂构成的充填结构体支撑采场顶板,其承载特性无法简单地由某一种材料的变形和强度参数描述,为了探究该充填结构体的应力分布与覆岩变形移动规律,利用大尺寸相似模拟装置对典型缓倾斜薄矿床废石尾砂交替充填开采过程进行模拟,采集、处理并分析采场顶板应力、未采矿岩应力、地表沉降、充填体承载情况和安全系数等指标的演化特征,在此基础上分析了废石尾砂充填结构体的承载和稳定状态。结果表明:废石尾砂充填结构体中由废石充填体承载采区顶板施加的大部分荷载,而尾砂充填体未充分发挥其承载作用,充填效率不高;借鉴高应力巷道柔性支护有效调动围岩自承载能力的理念提出了基于柔性接顶的应力协调思路,即利用弹性模量低于废石充填体的柔性材料前期收缩变形释放顶板一部分压力,调动矿岩和尾砂充填体承载能力并对废石充填体进行卸压。该思路有助于改善废石尾砂充填结构体的不均匀承载状态,提高采场整体安全性和充填效率。

聚乙烯管材残余应力的定性和定量评价

研究了冷却速度、挤出速度和拉伸比等不同挤出工艺对管材物理性能及残余应力的影响,结果表明,随着冷却和挤出速度的增加,PE管材纵向回缩率增大,静液压和SCG破坏时间逐渐降低。通过盲孔应变法研究了不同挤出工艺对管材内外层的释放应变和残余应力分布的影响,研究表明,采用理想化的均匀分布模型不适用于残余应力的定量评价,采用非均匀应力分布模型计算得到的管材外层的残余应力随着冷却和挤出速度的增加而增大,而管材内层的残余应力变化较小,由于管材沿壁厚方向冷却速度的不均匀,内外层残余应力分布存在差异。最终,通过对管材内中外层分别进行拉伸、密度和结晶度等物理性能试验,进一步证明了盲孔法定量评价残余应力的有效性。同时试验发现,当挤出拉伸比太高时,分子链取向严重,管材纵向回缩率增大,静液压和耐SCG性能下降,管材外层残余应力的最大值为14.6 MPa,与材料拉伸屈服强度相比,提高了50%。

考虑芯片电热应力分布的IGBT动态雪崩工况电热联合仿真

绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)受芯片和键丝几何布局的影响,芯片表面产生电流密度的不均匀分布,这使得IGBT正常工作时在不同区域呈现不同的电气特性,进而导致IGBT芯片温度的不均匀分布。动态雪崩关断作为关断瞬态大电流、高电压的极端工况,使得IGBT芯片温度的不均匀性加剧,对器件可靠性评估带来困难。为解决芯片电热应力不均匀分布下对IGBT电气特性、温度特性模拟,文中提出一种基于场路耦合的IGBT芯片简化分区电热联合仿真方法,该方法基于两个系统:一维的IGBT动态雪崩物理模型和三维的IGBT有限元热模型。通过对待测IGBT芯片的合理分区和电、热系统的耦合,实现每个子单元的电热模拟。最后以一款国产1200V/50A的IGBT模块,针对动态雪崩工况对提出的仿真方法进行验证,实验结果表明,该模型能够准确表征动态雪崩工况下IGBT的电热特性,对IGBT可靠性边界的精确评估提供更为准确的指导。

考虑行车舒适性预应力简支梁板设计建议

采用全量形式自动递进法分析京张高速某简支梁桥在不同预加应力下的长期上拱值,对求得数据采用2阶拟合的方法模拟截面上下缘应力差值与跨中上拱度的关系方程。根据文献[1]求解的该桥考虑行车舒适性最大允许上拱度值,提出预应力简支梁板上下缘应力差值限制值,并根据横截面应力线性分布的特点提出在设计预应力简支梁板时应增加上下缘应力均匀性分布参数的要求。

固结磨料抛光去除均匀性的仿真与实验研究

为分析材料去除的均匀性,利用ANSYS建立了固结磨料抛光过程中的三维应力场模型,得到了该抛光系统加载方式下工件表面的等效应力分布,并分析了各因素对去除均匀性的影响。针对现有加载方式下应力分布不均匀的现象,提出了两项加载方式的改进措施:加厚承载器和重新设计加载装置,并对加载装置的尺寸进行了优化。最后通过两组对比实验,证实了所提出的两项加载方式改进措施的有效性。

井眼附近地应力数值模型研究

针对井眼周围岩石的受力情况,通过ANSYS有限元分析软件建立了7个二维数值模型,分析研究了均匀地应力和不同的远场应力对井眼及周围产生的影响,分析了井眼内和井眼外岩石的杨氏模量的差异和钻井过程中流体压力对其所产生的影响。在均匀地应力条件下,地应力的大小和方向是均匀地变化的,应力的非均匀性是井眼附近的应力轨迹发生变化的最主要原因。在非均匀地应条件下,井眼周围的应力轨迹会变为椭圆形。地应力的非均匀性以及岩石强度参数(如杨氏模量)的变化,对于井眼附近的地应力等值曲线形状的改变起着非常重要的作用。钻井液的压力以及非均匀地应力影响着井眼内外的应力变化。

软土一维非线性固结近似解析解

软土非线性固结变形计算目前还主要依赖于数值方法,致使非线性固结理论的工程应用受到极大限制。引入经典的e-lgs'和e-lgkv非线性关系,在自重应力均匀分布假定下通过变量代换并利用迭代法给出压缩指数C_c与渗透指数C_k比值不等于1时的非线性固结近似解析解。在C_c/C_k趋近1时本文解与其等于1时的差分解及精确解相差无几。但如果C_c/C_k值偏离1,该近似解会存在一定偏差,且偏差值会随C_c/C_k值偏离1的程度和外荷载增加而逐渐增大。在一般工程荷载作用下,如果C_c/C_k值介于0.9～1.1之间,本文解的平均固结度与差分解间最大偏差在2%左右。当C_c/C_k值在0.75～1.25之间时,本文解的平均固结度与差分解最大偏差在5%左右。如果C_c/C_k值在0.5～1.5之间,本文解的平均固结度与差分解间最大偏差在10%左右。当外荷载一定时,土层的非线性固结速率会随着C_c/C_k值的增大而减慢。如果C_c/C_k<1,土层的非线性固结速率会随外荷载的增大而加快;相反,如果C_c/C_k>1,土层的非线性固结速率会随外荷载增大而减慢。

节段预制拼装混凝土桥梁剪力键接缝的抗剪强度

基于节段预制拼装混凝土桥梁腹板处多齿剪力键接缝脱离体的应力解析,分析并推导了多齿剪力键根部剪应力分布规律.依据弹性理论分析结果,提出了多齿剪力键根部剪应力分布的不均匀系数,并在考虑该不均匀系数后对AASHTO接缝抗剪强度计算公式进行了修正.与数值分析结果的比较表明,该修正公式能够准确地反映多齿剪力键中剪应力的变化趋势和峰值效应,而且修正公式计算结果与相关试验结果误差在5%以内.

两边连接屈曲约束钢板墙的承载力和刚度计算

在屈曲约束钢板墙受力机理研究的基础上,利用理论分析方法对两边连接屈曲约束钢板墙的屈服承载力和初始刚度进行了研究,提出了屈服承载力和初始刚度的计算公式,分析得到了钢板墙横截面剪应力不均匀分布系数的变化范围并给出了建议计算公式和取值。利用建议计算公式对不同高度和不同宽度的两边连接屈曲约束钢板墙进行了计算分析,并与有限元方法和已有公式的计算结果进行了对比验证。对比表明本文建议计算公式相比其他公式形式简单,计算方便,具有更高的精度。

大型弧底梯形渠道“适缝”防冻胀机理及应用研究

旱寒区渠道工程上预先在衬砌板易产生裂缝处顺其自然设置纵缝,以防止冻胀破坏。为探明这种纵缝设置的防冻胀机理及其最佳布设形式,基于冻土水-热-力三场耦合理论,考虑纵缝填充的接触本构及衬砌-冻土相互作用,建立了旱寒区常用的大型窄深式弧底梯形渠道冻胀仿真分析模型,以衬砌板上下表面沿周长正应力分布均匀度为一级指标,以其截面正应力满足强度要求为二级指标,对纵缝设置位置、宽度、个数及其组合削减渠道冻胀效果进行了研究。结果表明:弧底衬砌板属于薄拱结构,渠坡板为梁结构,纵缝为可移动弹性铰;纵缝位置及宽度的变化不断调整拱-梁结构的刚度及弹性铰的约束刚度,以适应基土冻胀变形,使衬砌板表面应力均匀化,从而削减冻胀;但纵缝过宽会过度削弱弧底拱效应,使弧底中心和坡板上表面及坡脚下表面拉应力过大,易导致冻胀破坏;单独设缝时坡脚位置设缝防冻胀效果最好,而组合设缝削减冻胀效果更优,尤其是坡脚与坡板组合设缝。以新疆某供水渠道为例,采用坡脚与坡板1/4、3/4处组合设缝,缝宽取1 cm,可满足两级指标,削减冻胀效果最优,可为旱寒区大型渠道防冻胀合理布设纵缝(适缝)提供科学依据。

平面薄膜结构找形及张紧结构数值对比分析

针对平面薄膜结构张拉成形后的初始形态问题,采用二次找形法对不同张紧形式下膜面尺寸为1 m×1 m的平面薄膜结构进行了找形分析。基于ABAQUS软件分析了一级张紧结构中膜面预应力、跨数以及薄膜厚度对膜面基频、有效面积率和应力分布均匀度的影响。将含中间索的二级张紧结构的找形结果与一级张紧结构进行了对比分析。结果表明,随着跨数的增多,膜面性能得到改善。由于膜面预应力对膜面性能指标的影响规律较为复杂,因此选取膜面预应力时需综合权衡。当膜面预应力相同时,二级张紧结构中的膜面基频、有效面积率与应力分布均匀度均低于一级张紧结构。

精密机电产品均匀性装配的定义与关键技术

当前,装配环节对精密机电产品装配精度和性能稳定性的保障作用正日益凸显。针对现有的以几何量控制为主的装配理论与方法,不能保障精密产品的装配精度及其性能稳定性的问题,提出均匀性装配的概念,指出均匀性装配是连接结构应力对称均匀分布的各种装配方法、工艺和装备技术的总称,详细阐述了均匀性装配的内涵体系、主要特征、连接结构类型和关键技术等,并从面向均匀性装配的精密机电产品设计、面向均匀性装配的工艺规划与设计、面向均匀性装配的测量与检测、面向均匀性装配的工艺装备、面向均匀性装配的辅助装调,以及面向均匀性装配的补偿策略等六个方面,详细论述了均匀性装配的主要研究方向。最后,总结了均匀性装配对精密机电产品装配支撑作用和意义。

热轧薄带平整机支撑辊辊型优化的研究与应用

某热轧薄带平整机轧辊长度为1800 mm,带钢宽度为1320 mm,两者相差太大,造成工作辊与支撑辊间有害接触区长度过大,在轧辊自身挠度作用下,辊间应力峰值集中于带钢边部位置。随轧制公里数延长,工作辊边部磨损加剧,不利于后期板形控制,同时会缩短轧辊使用寿命。针对热轧薄带平整机工作辊磨损不均匀问题,设计优化支撑辊辊型,通过支撑辊两端倒角设计,减小工作辊与支撑辊间有害接触区长度。并借助数值模拟技术建立平整机三维弹塑性有限元模型,模拟了不同平整工艺、不同支撑辊辊型条件下工作辊的使用情况。通过模拟结果,对比分析不同辊型的板形控制效率、凸度调节域、承载辊缝横向刚度和工作辊接触应力等指标。模拟数据表明,3种倒角支撑辊辊型改善了工作辊应力分布均匀性,有利于提高轧辊服役周期;辊间有害接触区长度明显减小;弯辊力板形调控效率由0.048μm/kN提高到0.130μm/kN。考虑到带钢有跑偏风险,如果支撑辊倒角插入量过大,支撑辊倒角易窜入到带钢内部,造成边部拉紧甚至断带,因此选择倒角插入量最小的V+25辊型,并应用于现场调试。现场数据表明,平整机板形调控能力明显增强,单位轧制周期内平整量显著增加。工作辊平均使用寿命由1500 t提高至1800 t,产品合格率由95%提升至98%以上。

二板机抱闸螺母变齿距设计技术研究

二板式注塑机向大型机发展,其抱闸螺母和导柱间各接触齿受力不均,会使零件应力集中和变形过大而导致锁模机构失效。本文在考虑到导柱受力拉长和螺母受挤压的变形的因素上,用有限元分析工具,采用抱闸螺母变齿距设计的方式,抱闸螺母受力端的第一齿与第二齿的距离>第二齿与第三齿的距离,齿距变化量适当调节,从而减少抱闸螺母的最大应力,并使最大应力移至抱闸螺母中段齿上。变齿距设计使应力分布均匀,减少材料的使用要求,提升机器可靠性。