大截面内纵高筋薄壁方管的辊拔模具磨损研究

基于Archard磨损模型,用Deform有限元对大截面内纵高筋薄壁方管辊拔模具的磨损行为进行仿真模拟,分析和讨论不同参数对辊轮模具的温度分布场、应力分布场及磨损的影响。结果表明:随模具初始温度增加,辊轮模具温度逐渐增加,辊轮承受的法向应力逐渐减小;随辊拔变形速度增加,辊轮模具温度逐渐降低,辊轮承受的法向应力逐渐增加;随辊轮模具与金属坯料间的摩擦因数增加,辊轮模具温度和辊轮承受的法向应力都逐渐增加。此外,辊轮模具的磨损与辊拔系数密切相关,辊拔系数增加,辊轮模具的磨损增加;辊轮对应的内筋变形区的磨损大于管壁变形区域。综上所述,较优成形工艺参数:模具初始温度为200℃,辊拔变形速度为3 mm/s,辊轮模具与金属坯料的摩擦因数大于0.1。在该参数下预计可生产方管产品968000件。

T型方管节点滞回性能的试验研究

为了得到T型方管节点的滞回性能,为进一步研究方管结构的抗震性能打下基础。对轴向往复荷载作用下的12个T型方管节点进行试验研究。试验中6个节点采用弦杆两端约束的边界条件,其余6个节点采用弦杆中部约束的边界条件。得到节点试件的破坏模式和滞回曲线,以及用以评价节点抗震性能的主要参数(承载力、延性和能量耗散系数)。研究不同约束条件和几何参数对节点滞回性能的影响。将节点的极限承载力与单向荷载作用下我国规范公式(GB50017—2003)计算结果、CIDECT公式计算结果和有限元分析结果进行比较。结果表明:节点的破坏模式主要是受压时弦杆表面塑性变形和受拉时焊缝边缘开裂,导致在支弦杆交汇处被拉断;节点滞回曲线饱满,从节点域靠近弦杆侧壁的两侧开裂到节点完全破坏还有很大的耗能能力;焊缝尺寸对节点的滞回性能影响较大。

带隔板薄壁方管的耐撞性研究

基于显式有限元方法,应用LS-DYNA软件,对带隔板薄壁方管的耐撞性进行研究。研究结果表明:隔板提高了方管变形的稳定性;在准静态载荷下,初始压缩力峰值随壁厚的增加而增加,但隔板数对初始压缩力峰值的影响很小,结构的吸能量、比吸能、压缩力效率值均随壁厚和隔板数的增加而增加;Cowper-Symonds材料模型中硬化系数β对初始压缩力峰值没有影响,而吸能量随β的增加而增加,在压溃距离为600 mm时,硬化系数为1相比为0时,吸能量增加了8.97%;考虑应变率效应时,吸能量相比准静态时有显著提高,但应变率效应在低速时影响更加明显。

内铺煤粉方管内瓦斯预混火焰传播特性

为了研究煤粉对管内瓦斯预混火焰传播过程的影响,选用典型煤粉试样将其均匀铺于截面100 mm×100 mm、长1.5 m的有机玻璃方管底部,采用高速摄像机/光电传感器、微细热电偶、压力传感器等测试得到了管内瓦斯火焰传播过程中火焰传播速度、火焰瞬态温度、燃烧压力等参数,并初步分析了煤粉影响瓦斯火焰传播的机制。结果表明:有煤粉时火焰传播速度有所增加,但燃烧反应持续时间明显增长;内铺煤粉时管内火焰温度的半峰宽度增加,测点处瞬态温度曲线呈现出较为明显的"双峰"结构,说明活性的煤粉与瓦斯火焰形成瓦斯-煤粉复合火焰;有无煤粉时燃烧压力峰值差别不大,但有煤粉时压力波脉冲宽度增加。

弦杆轴向压力作用下K型、KK型间隙方管节点静力工作性能的试验研究

对6个K型和7个KK型直接焊接方管节点进行了在弦杆轴向压力作用下的静力试验研究。通过对节点破坏模式和极限承载力的分析, 研究了支杆和弦杆宽度比、弦杆所受轴向压应力与弦杆屈服应力之比、支杆作用位置和空间作用对节点极限承载力的影响。采用ANSYS程序对试验节点进行了分析, 通过试验数据和有限元计算结果的比较, 证明采用ANSYS程序计算方管节点是可行的。

采用铝方管结构的光伏光热一体化系统的研究

设计一种铝方管结构的光伏光热一体化系统,利用修正的Hottel-Whillier理论模型进行理论研究,同时进行实验测试。研究表明,光伏光热一体化系统的热效率可达50%,同时可获得39℃以上的热水。水流量的选择尤为重要,不仅要保证能量高效输出,且要满足能量品位的需求。采用铝方管PV/T系统可有效降低PV/T系统的重量和材料成本。

轴向冲击载荷下开孔薄壁方管吸能特性的研究

利用有限元软件ABAQUS对开孔薄壁方管在轴向冲击载荷作用下的变形规律与吸能特性进行了数值仿真分析,并根据数值模拟结果进行了多目标优化。在薄壁方管的每个侧面上开六个长方形孔,通过改变长方形孔的长度和宽度来研究开孔薄壁方管的耐撞性。结果表明:在研究的范围内,除开孔尺寸为20mm×5mm的薄壁方管外,其余开孔薄壁方管的破坏模式为外延式破坏模式,其变形过程为动态渐进屈曲;当开孔长度增大时,开孔薄壁方管初始峰值力减小;当开孔长度和宽度同时增大时,开孔薄壁方管平均载荷均减小;开孔面积越大,管吸收的能量和比吸能越小;开孔长度不变时,随着宽度的增大压缩力效率降低,当宽度不变时,随着长度的增大压缩力效率增大。基于开孔方管的数值模拟结果构造了响应面模型并对其进行了多目标优化,给出了Pareto前沿图,可根据各目标的偏好确定方管的开孔尺寸。

冷弯厚壁方管残余应力沿截面分布规律的研究

通过X射线衍射方法,测量冷弯厚壁方管弯角的不同深度、不同部位的残余应力,研究残余应力在弯角的不同深度、不同部位的分布规律。结果表明:方管外表面的横向、纵向残余应力都是拉应力,沿着厚度方向,两种应力皆呈下降趋势,由正变负,在内表面为压应力;沿厚度方向,方管的残余应力呈非线性分布。

方管横向射流流动特性的DPIV实验研究

Digital particle imaging velocimetry (DPIV) was used to me as ure the transient and time-averaged flow field in the mixing region and the wak e of a square jet into crossflow at jet-to-crossflow velocity ratio (VR) o f 0.5 and 2. The phenomenon of vortex instantaneously shedding from the jet ho le was investigated, and the flow turbulence intensity was estimated. The compl ex vortical structures encountered at VR of 2 were analyzed. Compulsively o ppressed by the main flow, the jet attached to the wall at VR of 0.5, and l ifted off the wall to develope into the main flow at VR of 2. The twisted v ortices in the leeward of jet contributed to the transportation of the crossflow boundary-layer fluid into the near wake, causing intensive turbulence. Strong vortices formed near the jet hole soon broke down and dissipated, yet the weak counter-vortex pair still held in the far wake.

方管管端焊接坡口模型及加工工艺精度

针对一般用于加工圆管的五轴联动数控切割机床在加工方管时出现的加工工艺问题,相对传统的管、管模型,运用解析几何方法推导出了新的圆、方管空间相贯数学模型,提出了解决纵向轴补偿的"外接圆包络法",研究了适用于方管切割时切割角度的割炬位姿和两面角、坡口角等相关参数的数学模型,解决了方管相贯线拐点处坡口处理难题,提出了对带突变的切割轨迹的精度进行控制的自适应分点法和突变位置速度的控制处理方法,并验证了所建立的数学模型的可靠性和实用性.为多功能数控管道切割机床的开发提供了新的理论依据和思路.

方型鸟嘴式T形方管节点的应力集中特性研究

基于试验测试和有限元分析对方型鸟嘴式T形钢管节点在主管和支管轴力作用下的应力集中特性进行研究,得到热点区域的应力集中系数(SCF)大小及分布规律。结果表明:方型鸟嘴式节点的热点外推区应力分布符合二次变化规律,其主管应力集中高于支管,且最大SCF通常出现在热点Cr-F、Sa-A、Sa-C、Sa-D等位置。鸟嘴式节点在主管轴力作用下的SCF值通常较小,但在支管轴力作用下的应力集中显著,且SCF受几何无量纲参数β、2γ和τ的影响较大。进一步与传统正放式节点对比后发现,在几何尺寸相同的情况下,方型鸟嘴式节点的最大SCF普遍低于传统正放式节点,且β值越小这种降低幅度越明显;但当β>0.75时,鸟嘴式节点的SCF值可能高于正放式节点。

不等宽K型间隙方管节点承载力计算的塑性铰线法

建立了考虑弦杆轴向压力影响的不等宽K型间隙方管节点的塑性铰线模型 ,并推出了节点承载力计算公式。公式中包含了弦杆轴力影响 ,节点间隙g变化 ,节点两支杆间的张拉场对节点承载力的影响。得出的节点承载力公式与实验结果、非线性有限元计算结果及CIDECT公式计算结果对比吻合得较好 ,从而为K、N型不等宽间隙方管节点提供了一个新的较为准确的计算方法和公式。

轴向力作用下T型方管节点的塑性铰线分析

在Murray模型的基础上 ,采用VonMises屈服准则 ,推导了在轴向压力影响下的倾斜塑性铰线承载力公式。建立了在弦杆轴向压力影响下 ,直接焊接T型方管节点抗轴压的塑性铰线模型。得出的节点承载力公式与规范 (IIW、欧洲推荐、AWS)采用的经验公式、非线性有限元计算结果及实验结果吻合较好 。

焊接方管节点极限承载力计算

本文在方管节点非线性有限元分析的基础上,结合文献的研究结果,提出了一个分析等宽度+型和X型方管节点腹板失稳破坏时极限承载力的“等效框筒模型”。在模型分析的基础上,提出了一个计算方管节点极限承载力的公式。该公式和国外最好的公式相比具有精确实用,形式简单合理的优点,可供我国制订“钢管结构规范”使用。

等宽K型间隙方管节点静力工作性能的研究

焊接矩形管结构设计中的关键问题是节点的受力性能 .利用非线性有限元分析方法 ,采用典型节点分析与较大规模几何参数分析相结合的研究手段 ,对等宽K型间隙方管节点的静力工作性能进行了研究 .不仅跟踪了节点荷载 -位移曲线的全过程 ,而且全面考察了主要参数对节点刚度、极限承载力、变形、失效模式等方面的影响 ,并将分析结果与CIDECT公式计算结果相比较 ,得出控制此类节点的失效模式主要是弦杆的整体剪切失效、“有效宽度”失效。

低温去应力退火对方管角部力学性能的影响

以辊挤压Q345方管为研究对象,比较分析了低温去应力退火前后其边部和角部力学性能的变化规律,发现250～300℃的低温去应力退火可显著降低方管角部屈强比,其综合使用性能提高。提出了改进方管生产工艺的一些新思路。

竖直方管内两相流动临界热流密度的实验研究

本实验以氟利昂-113作为工作流体,对竖直方管内向上两相流动的临界热流密度(Critical Heat Flux,CHF)进行了实验研究.实验主要参数的范围为:质量流速650～1 800kg/(m2s);进口压力380～550kPa;入口干度,过冷～1.0.重点分析了质量流速,压力,进出口干度对CHF值的影响.实验结果表明:CHF值随质量流速的增大而增大,随压力的升高有所减小,随进口干度的增加基本呈现线性下降趋势,同时在发生临界热流现象后,出口干度基本保持不变.

大口径玻璃钢方管成型工艺研究

通过对几种方管成型工艺的比较,认为采用湿法缠绕工艺成型大口径玻璃钢方管是比较经济实用的方案;对方管的纤维缠绕理论进行了研究,首次提出了"缠绕轨迹控制点"的概念,为运用通用缠绕机进行方管缠绕提供了理论支持;对方管工艺成型过程中出现的质量问题提出了解决方案。

方管闭式辊弯成型过程的变形及流场

采用三维弹塑性大变形有限元法模拟了方管四辊辊弯成形过程，给出了变形场、流场和瞬态应变场等场变量分布，研究了不同孔型对方管壁厚变化及金属流动的影响，对角部缺陷和内孔缺陷进行了计算机模拟分析，为建立闭式辊弯成形理论奠定了基础．

方管内固液两相流时均运动特性的数值研究

应用三维k-ε-Ap两相湍流模型对垂直和水平方管内挟沙水流的固液两相时均运动特性和颗粒浓度分布规律进行数值研究,讨论了颗粒平均粒径和水流流速对固液两相流时均运动特性和颗粒浓度分布规律的影响。数值计算结果和试验实测结果吻合良好,准确得到了方管内固液两相流的时均运动特性。