基于等效结构应力法的高强钢焊接结构低温主S-N曲线

现有的疲劳S-N曲线已不再适用于北极的低温环境,为了评估北极海洋工程设备材料的低温疲劳寿命,有必要建立金属结构尤其是焊接结构的低温疲劳S-N曲线。本文基于等效结构应力法,计算出Q690高强钢管环焊缝的主S-N曲线,并通过共振疲劳试验对该方法进行了验证。在此基础上,结合大量的高强钢焊接结构试验结果,将温度敏感因子c引入到低温疲劳主S-N曲线的推导中,首次建立了基于低温金属焊接结构的主S-N曲线,并对文献中的疲劳S-N试验数据和ASME中的修正方法进行了对比和验证。结果表明,等效结构应力法能够较准确地计算出焊缝疲劳S-N曲线,推导出的金属焊接结构低温主S-N曲线与试验曲线吻合较好,能够满足低温地区工程要求,可为高强钢焊接结构在北极地区低温环境中的广泛应用提供理论指导。该方法可以为金属焊接结构的低温疲劳研究节省大量的成本,减少非标准试验操作造成的不必要的误差。这对北极海洋工程设备的设计、安全运行和疲劳评估具有重要意义。

比奥固结理论下基于有效应力法的尾矿库稳定性分析

抗滑稳定计算是尾矿库安全评价的重要内容。由于无法有效估算因尾矿库上升而引起的超静孔隙水压力,目前常采用总应力法进行稳定性分析。然而,尾矿库的整个生命周期内,均可能存在超静孔隙压力,且该部分超静孔隙压力的影响不可忽视。以某平地型尾矿库为例,基于比奥固结理论,采用有限单元法定性分析尾矿库断面堆坝期和退役期超静孔隙压力的产生和消散,并以此进行有效应力法的稳定性计算。结果表明:1)超静孔隙压力在堆坝末期达到最大,约为130 kPa,全部消散需要约28 a;2)在堆坝末期,利用有效应力法计算的抗滑稳定安全系数为1.486,随着坝体有效应力的增长,超静孔压全部消散后的安全系数达到1.648,增长幅度约为11%;3)采用有效应力法可以较为细致地考虑尾矿库上升过程中超静孔隙水压力对坝体稳定性的影响,且结果更为科学可靠。

基于预应力法的钢筋混凝土结构施工加固方法研究

当前钢筋混凝土结构施工加固结构多为单向,加固层级受限制,导致预应力差不断提升,为此提出对基于预应力法的钢筋混凝土结构施工加固方法的设计与实践研究。工程通过放线测定及钻孔清孔处理、支撑构件预应力测算,采用多阶的方式打破加固层级受到的限制,部署多阶支撑结构点位。设置粘钢预应加固梁,并完成钢管支撑的简化,采用混凝土桁架搭接实现结构加固处理。最终的测试结果表明:经过对5个随机选定区域的比对,最终得出的预应力差被较好地控制在40MPa以下,说明当前所设计的混凝土内置结构加固方法的针对性与稳定性较高,故其具有较好实际的应用价值。

双曲拱坝不同封拱温度下的等效应力法分析

拱坝内部应力对安全性影响较大,坝体内部过大的温度应力易引起较大的安全隐患。本文以陕西省东庄水利枢纽工程混凝土双曲拱坝为研究对象,考虑不同工况下的坝体温度应力变化,使用有限元等效应力法分析封拱温度对坝体最大主应力和位移的影响,通过拱冠梁截面应力对比有限元法和有限元等效应力法的差别,进而得到最佳的双曲拱坝封拱温度场,确定合理的封拱方案,可为碾压混凝土高拱坝封拱温度场的设计提供参考。

基于缺口应力法的薄板焊接接头疲劳性能评估

为验证缺口应力法在板厚小于5 mm的薄板焊接接头疲劳评估的适用性,开展了Q345qD薄板焊接接头疲劳性能试验,获得了薄板焊接接头疲劳试验数据,结合有限元分析计算的焊接接头缺口应力集中系数,绘制了缺口应力疲劳寿命曲线,确定了薄板焊接接头疲劳曲线斜度值和疲劳等级值,与已有研究成果进行比较,发现Q345qD薄板焊接接头具有更高的疲劳曲线斜度值和疲劳等级值,研究结果可供实际工程中疲劳性能评估做参考。

薄板焊接接头疲劳性能的缺口应力法研究

薄板不锈钢焊接结构在现代工业结构中应用广泛,在实际运行过程中会不可避免地承受动态载荷,导致结构疲劳失效,因而建立其可靠的疲劳评估方法对结构安全运行具有重要意义.相比于名义应力法和热点应力法,缺口应力法能够有效反映焊缝几何形状对局部应力集中的影响,可以同时应用于焊趾失效和焊根失效复杂结构疲劳强度评估,且不受接头形式、载荷类型的影响.该方法通过在缺口处引入虚拟半径来避免缺口处应力奇异和应力偏高的问题.然而,现行设计规范IIW推荐的虚拟半径仅适用于板厚大于5 mm的钢和铝合金结构,不适用于薄板结构.本文针对工业结构中广泛应用的薄板奥氏体不锈钢焊接接头进行疲劳试验,利用有限元软件ABAQUS建立试样的二维缺口应力模型,计算得到不同试样的有效缺口应力集中系数,确定了有效缺口应力S-N曲线,并与研究现状中推荐的具有相同存活率的疲劳寿命曲线进行比较.结果表明,研究现状中推荐的疲劳寿命曲线并不完全适用于薄板奥氏体不锈钢焊接接头疲劳寿命评估.从S-N曲线分散带宽度角度出发,建立不同虚拟缺口半径对应的有限元模型,计算得到相应的有效缺口应力S-N曲线.结果表明,采用rref=0.1 mm虚拟半径时对应的S-N曲线分散带宽度最小,对应缺口应力S-N曲线(m=5,FAT619),为薄板奥氏体不锈钢焊接结构在服役条件下的疲劳评估提供了理论和实践依据.

目标应力法在研究堆主热交换器检修中的应用

一回路热交换器(简称主热)是反应堆的关键设备,其性能直接关系到反应堆的运维安全。针对某研究堆主热密封止口的减薄现象,通过目标应力法对其进行安全分析,校核不同极端工况下的螺栓载荷和垫片应力,均满足设计要求,最后通过有限元分析模拟极限工况下螺栓的受力及变形,结果表明,减薄后的主热密封止口仍能满足该研究堆使用工况。经补焊修补后止口更安全可靠。

简化等效结构应力法车体焊点疲劳寿命评估应用研究

为简化建模流程和计算过程,引入简化等效结构应力法分析点焊结构的疲劳寿命。首先,介绍简化后的点焊有限元建模及简化等效结构应力法的原理;其次,建立某不锈钢车体(包括点焊接头)的有限元模型,以EN 12663标准中提供的三个方向加速度表示的动态载荷为车体疲劳载荷,对比分析简化等效结构应力法相较其它方法的优势。最后,选取危险部位的12个焊点进行疲劳评估。计算结果表明:基于简化等效结构应力的点焊疲劳预测方法具有较高精度,可以用于点焊车体焊点的疲劳寿命的预测。

基于结构应力法的钢管混凝土焊接接头疲劳评估

裂纹尖端应力的奇异性导致传统疲劳评估法和部分标准对焊接结构疲劳寿命预测精度不够,影响工程结构可靠性。裂纹扩展是焊趾或焊根所在截面外载荷驱动造成的,基于焊缝处力平衡关系提出结构应力法。该方法将单元节点力转换成线力,并综合考虑不同焊接接头类型、板材厚度和加载模式。运用断裂力学理论将微小复杂裂纹扩展至疲劳失效全过程统一起来,以等效结构应力幅值推导出主S-Nd曲线疲劳评估表达式。采用不同单元仿真试件证明了结构应力法具有网格不敏感力学特征,与试验数据对比,焊缝的薄弱位置和实际疲劳裂纹一致,验证了结构应力法具有较高的疲劳预测精度。钢管混凝土焊接结构验证了结构应力法在疲劳寿命评估时具有有效性和可靠性。

基于元器件应力法的智能电能表可靠性预计研究

该文建立智能电能表及其使用元器件的可靠性数学模型,对单相智能电能表进行分类,使用可靠性串联模型及器件应力法计算单相智能电能表各组成单元模块的失效率,最终得出试验电能表的整机失效率满足国家相关可靠性要求的结论。同时,可靠性预计结果表明,基于器件应力法的可靠性预计方法能够客观、完整地验证智能电能表可靠性设计指标需求,从而提高产品质量。

基于热点应力法的AZ31B镁合金焊接接头疲劳评定

针对镁合金焊接结构的疲劳性能问题,用热点应力法对10 mm厚的AZ31B镁合金对接接头和纵向非承载十字接头的疲劳强度进行评定,并用国际焊接学会推荐的方法进行数据处理,做出热点应力S-N曲线并与名义应力S-N曲线进行对比。试验分析表明:试验所采用的两种焊接接头用名义应力法评定时疲劳数据分散性较大,相关系数为0.916,试验疲劳级别分别为FAT35和FAT25;用热点应力法评定时疲劳数据分散性明显减小,相关系数为0.957,比前者提高4.48%,两种焊接接头疲劳强度可以用一条S-N曲线表示,试验疲劳级别为FAT33;这两种评定方法的试验疲劳级别都高于按国际焊接学会推荐的m=3得到的疲劳级别,说明选取m=3进行结构设计具有较高的安全系数。

圆弧滑动法中总应力法和有效应力法适用性辨析

针对地下水条件下圆弧滑动法中总应力法和有效应力法2种计算方法的假定,指出总应力法是从土条整体极限平衡角度分析的直观方法,但仅考虑了滑弧面上的水压力,在不考虑土条侧向作用力的瑞典条分法中使得安全系数计算值显著降低,需采用修正的总应力法公式;而有效应力法是以浮力形式综合考虑土条各侧面(含滑动面)上水压力的隐性方法,虽不完全符合瑞典条分法不考虑土条侧向作用力的假设,但能较总应力法更便捷和准确地得到安全系数,且在此基础上用流网法分析渗流力对土坡稳定影响更为合理.而在考虑条间力的毕肖普法中,考虑土坡顶面水压力抗滑力矩的总应力法和考虑土条浮力的有效应力法在数值计算上完全等价,静水条件下有效应力法计算较为便捷,而有渗流作用时,则是总应力法更加方便.

极限应力法计算复合桩基沉降

修正应力法是计算复合桩基加固区沉降的方法之一,其最大缺点是桩土应力比n难以确定。复合桩基中刚性桩受力的实测统计数据表明:基础边、角部刚性桩极限承载力发挥度在90%以上,基础中部刚性桩极限承载力发挥度也在80%以上。据此提出假定刚性桩承载力发挥到接近其极限承载力,从而可方便地确定桩土应力比n,解决修正应力法的难题,故称该计算方法为极限应力法。另外,对该假定造成的误差进行研究,并与修正应力法的误差进行对比分析,得出结论:修正应力法不考虑桩对土的侧限作用使沉降计算结果偏大,而此假定计算结果偏小,从而使极限应力法比修正应力法的计算结果更接近实际。

基于热点应力法的斜拉桥锚箱式索塔锚固构造疲劳寿命评估

斜拉桥锚箱式索塔锚固构造空间封闭,结构复杂,焊缝多,疲劳应力状态复杂,既有规范推荐的名义应力法实际应用存在困难。基于有限元分析手段对锚箱式索塔锚固构造主要承载焊缝进行应力特征分析,明确其疲劳细节,在确定细节热点应力如何取值的的基础上,采用国际焊接学会IIW和不同船级社推荐的外推方法计算细节热点应力,根据热点应力S-N曲线计算其对数疲劳寿命。以某公铁两用斜拉桥索塔锚固构造为研究对象进行实例分析,结果表明:该索塔锚固构造最大热点应力幅为35.82 MPa,对应的疲劳寿命为7.43×107次,满足设计使用寿命要求;热点应力法实际应用时考虑了结构几何构造和细节尺寸的影响,适用于索塔锚固构造的疲劳寿命评估。

SLOPE/W软件总应力法和有效应力法的应用

按简单条分法和简化毕肖普法,通过算例阐述了SLOPE/W软件总应力法和有效应力法的计算原理和应用,指出SLOPE/W软件虽然在输入时没有区别总应力参数和有效应力参数,但结合输入时是否定义孔隙水压力,用户可以从计算方法的原理上来区别软件是按总应力法还是按有效应力法计算。

大坝的总应力法和有效应力法地震反应分析

为分析小浪底大坝的抗震性能,采用总应力法对斜墙坝型进行了二维和三维动力有限元计算,然后对改进后的斜心墙坝型进行了二维和三维有效应力地震反应计算。计算结果表明:斜心墙坝型的抗震性能优于斜墙坝型;对大坝稳定最为不利的地震工况是水库诱发地震,在可能发生最大烈度地震并假设坝基构成最为不利的情况下,小浪底大坝仅局部破坏,其整体稳定性是有保证的。

总应力法与有效应力法的试验分析

通过土样的剪切试验 ,对二种原理的图解分析 ,了解土的性状、特征 ,便于掌握土的抗剪强度指标值 ,为地基的处理提供真实可靠的数据资料。

应力法剪切模具CAD和动态仿真系统的设计

基于应力法剪切技术的理论及CAD和仿真技术原理 ,提出了一种在微机上开发的基于Windows98/NT的剪切模具的CAD和动态仿真系统的平台 .着重介绍了本平台的总体设计思路、体系结构和功能模块 ,实现了剪切模具结构的计算、设计、有限元分析。

主应力法计算蛇形轧制的轧制力

使用主应力法建立蛇形轧制过程中轧制力与轧制力矩的解析预测模型。将解析模型的计算结果与实验结果进行比较,验证了解析模型的准确性。运用该模型对蛇形轧制过程中不同的异速比、轧辊偏移距离、压下量和摩擦系数对轧制力和轧制力矩的影响规律进行研究。同时研究"搓轧区"对轧制力和轧制力矩的影响。结果表明,异速比的增大将导致"搓轧区"的增大,从而使轧制力和上轧辊轧制力矩减小,下轧辊轧制力矩增加。当异速比增大到速度较大的轧辊带动速度较小的轧辊时,慢速轧辊的轧制力矩将变为负值。轧辊错位距离的增大导致"搓轧区"减小,从而导致轧制力增加,上、下轧辊轧制力矩减小。压下量的增加导致"搓轧区"的减小,从而导致轧制力和上、下轧辊轧制力矩的增加。轧辊与轧板之间摩擦系数的增加使"搓轧区"减小,同时导致轧制力和上、下轧辊轧制力矩同时减小。研究为蛇形轧制在超大厚度板材制造中的应用,提供了理论基础。