光功率均分耦合器离子交换平面光波导的温度应力特性研究

文章以1×5 PLC-MMI光功率均分耦合器为例,利用自成像理论和数值仿真方法,分析离子交换平面光波导无源器件的温度应力特性。研究了工作于850nm时器件各端口插入损耗、附加损耗与多模波导区长度和折射率变化的关系,分析了由于环境温度变化和外部应力而引起的波导变形和折射率变化,得到了因此而出现的光纤-波导耦合损耗、双折射等对MMI功率均分特性的影响。研究结果表明,文章研制的1×5 PLC-MMI光功率均分耦合器性能稳定,环境和应力对其影响小。

基于温度--应力试验的混凝土温度应力仿真

为分析早龄期混凝土的温度变形和温度应力,使用ABAQUS有限元分析软件,考虑混凝土的热膨胀系数和弹性模量随等效龄期的变化规律,通过现有的堆石坝面板混凝土温度—应力试验测试数据建立温度—应力试验试件有限元分析模型,开展混凝土温度变形对应的温度场和应力场的数值仿真研究。研究结果表明:使用等效龄期,考虑早龄期混凝土热膨胀系数、弹性模量的时变性,可以提高温度应力场仿真模拟的精度,为实际工程提供更安全的设计依据。

桩基对平原地区泵闸底板温度应力的影响机理研究

平原软基上大型混凝土结构普遍采取桩基基础,其施工期开裂机理与桩基约束和自身约束有关.以HTG泵站底板为例,线单元模拟实体桩基,建立了基于内置桩单元和温度场等效算法的施工期温度应力分析方法;考虑线弹性和非线性地基模型,对内置单元桩基与实体单元桩基两种方法进行了对比,证明内置桩单元方法的合理性;开展了不同地基材料及桩基特性参数(如直径、间距、长度等)的敏感性分析,揭示桩基对泵闸底板温度应力的影响机理.研究结果表明:采用线单元桩基能够较好地模拟桩基对混凝土底板温度应力的作用,且较实体桩基在建模、计算上更为简便;参数敏感性分析表明,地基变形模量、桩长及桩间距对底板温度应力影响较为显著,桩直径影响较小.

某堆石混凝土拦沙坝施工期温度应力仿真分析

为了研究堆石混凝土技术在抽水蓄能电站中热力学性能和温度应力水平,依托某抽蓄水能电站的堆石混凝土拦沙坝工程,对坝体堆石混凝土在施工过程中坝体温度应力进行有限元仿真分析,初步掌握坝体在施工过程中温度应力变化规律,并据此进行坝体宽度和温控措施进行分析。结果表明:在施工过程中坝体内部最高温升低于堆石混凝土的绝热温升,且坝体整体应力水平较低,平均拉应力低于0.83 MPa,满足设计要求;对于不同坝段宽度,坝段宽度对该工程温度场和应力场影响不大,可进一步论证增加坝段宽度,简化施工工艺,降低施工成本。采取相当于8 cm~12 cm厚度的聚苯乙烯泡沫板的保温措施时可有效降低冬季坝体表面的高拉应力,避免产生开裂风险。

基于温度应力仿真的仙洞沟堆石混凝土坝分缝技术研究

堆石混凝土重力坝是否分横缝及分缝间距对大坝温度应力影响很大,在相同环境下,坝体不分缝或横缝间距越大,温度应力越大,大坝开裂风险也越高;但不分缝或长距离分缝,可有效简化施工工序,实现快速连续施工,能充分体现该坝型优势。该研究针对仙洞沟水库工程实际,对堆石混凝土大坝整体不分缝和超出规范规定的长距离坝段分缝方案进行研究,基于不同的温控措施进行温度应力三维仿真分析,在最终确定大坝的分缝和温控方案的同时,进行有益探索,推动了堆石混凝土筑坝技术的发展。

叶巴滩堆石混凝土二道坝温度应力仿真分析及温控措施研究

对位于高海拔地区的叶巴滩堆石混凝土二道坝工程开展全坝段温度应力仿真分析,重点研究大坝横缝分缝措施和混凝土表面保温措施对坝体温度应力的影响。结果表明:结构分缝措施可以降低坝体内部拉应力,设置1条横缝即可有效控制坝体内部高拉应力区范围,并使应力极值降低约0.8 MPa;混凝土表面保温措施可在秋冬季节显著降低大坝表层混凝土温降幅度,减小表层温度应力水平,使应力极值降低约0.6 MPa;叶巴滩二道坝设置1条横缝并采取表面保温可满足施工期温控要求。

蛭石增强垫片加速寿命试验的最高温度应力水平确定研究

研究高可靠性垫片的寿命通常采用加速寿命试验,而加速寿命试验要求失效机理一致,因此合理地选择垫片最高应力水平尤为重要。以蛭石增强垫片为研究对象,进行温度加速退化试验,建立了垫片的幂律退化模型,基于Arrehenius方程和激活能原理得到了失效机理转变的温度区间;在给定失效阈值前提下,对伪寿命数据服从Weibull分布进行假设检验,确定了垫片最高温度应力水平为1123 K。对退化过的垫片进行压缩回弹试验,结果表明,当退化温度高于1123 K时,垫片的压缩回弹性能明显下降,进一步说明最高温度应力水平为1123 K的合理性。

堆石混凝土高拱坝施工期温度应力仿真分析

为研究堆石混凝土高拱坝施工期温度场和应力场的分布特点,并探究堆石混凝土在高拱坝上的适用性,本文运用数值仿真及顺序耦合法,综合考虑堆石混凝土弹模变化、堆石混凝土入仓温度、环境气候变化等因素,对不同温控措施的堆石混凝土高拱坝进行施工期全过程仿真计算。对比分析不同温控措施下高拱坝施工期的温度场和应力场,结果表明:不同温控工况下,坝体温度场和应力场的分布规律基本一致,施工期温度应力与混凝土入仓温度相关,运行期坝体应力随环境气温变化;应力线性化后最大拉应力分别为1.68 MPa、1.60 MPa、1.48 MPa。因此,堆石混凝土运用于高拱坝时,在分缝浇筑的情况下,仅需采取简单温控措施即可满足温度防裂要求。

高温高压气井测试井筒温度应力场耦合分析

海上高温高压气井测试期间,井口温度升幅过大易导致水泥环发生破坏,近井口出现密封失效,而目前针对上述问题涉及的温度应力耦合方面的基础理论研究还不够深入。文中基于传热学和弹塑性力学等相关理论,建立了深水高温高压气井测试期间井筒温度应力场耦合模型,并采用PIPESIM模拟和实测2套温度数据验证了模型的高精度与准确性。进一步利用建立的模型对测试期间的井筒温度及水泥环应力分布进行分析,提出了测试期间存在“最佳测试产量”,并对温度应力场的影响因素开展了参数敏感性分析。结果表明,测试产量和气油比对井筒温度应力场的影响较大。选择壁厚较大的套管、低弹性模量及高泊松比的弹韧性水泥浆,更能在井口升温幅度较大时保持良好的水泥环密封性。本研究可为海洋气井测试过程中井筒温度应力场的准确预测提供理论依据,对井筒安全评价具有重要工程意义。

寒冷地区堆石混凝土坝温度应力仿真分析——以东庄二道坝为例

针对寒区堆石混凝土坝内外温差引起坝体裂缝问题,以东庄二道坝为依托,基于工程图纸进行网格划分和三维建模,进行三维有限元模型计算,对堆石混凝土重力坝温度应力场进行仿真分析,并结合工程实测数据进行参数反演标定。结果表明:施工期坝体拉应力在冬季呈现较高水平,拉应力主要出现在坝体上下游面一定厚度的表层区,尤以中下部高程的抗冲耐磨混凝土拉应力最大;在冬季内部拉应力明显高于坝的两侧,两个坝段宽度方向均出现超过允许应力的情况。建议将短缝加深四层有限元单元,坝体稳定性得到较大提高,工程量相对较小,既安全又经济,为最优方案。

地铁车站大体积侧墙混凝土温度应力变化规律研究及参数优化

以广州地铁13号线车陂站大体积混凝土侧墙施工为背景,通过现场监测和数值模拟对各龄期水化热引起的温度场及应力场的发展进行了详细研究。研究结果表明,侧墙混凝土结构温度变化分为急剧升温、缓慢升温和降温三个阶段,最高温度出现在混凝土浇筑后35h左右;混凝土水化过程中二维约束应力变化为应力增长和趋于平稳两个阶段,水平向及垂直向最大约束应力分别为2.66MPa和1.69MPa,表现出各向异性;优化配合比可显著减小侧墙混凝土内部温度,减小混凝土结构第一主应力,降低侧墙混凝土出现危险性裂缝可能。

大体积混凝土墙体温度应力的半解析法

为了控制大体积混凝土墙体在浇筑后产生的温度应力,确保结构的功能性和耐久性不会受到影响,利用在ABAQUS中自开发的数值模型,通过与试验数据对比确保模型计算的准确性后,对大体积混凝土墙体展开了参数分析,分析内容包括墙体长高比、墙体厚度、温度差、地基刚度和徐变,并根据分析数据给出了墙体温度应力的半解析计算公式。结果表明:墙体温度应力与徐变呈负相关关系,与墙体的尺寸和温度差呈正相关关系,且墙体越长,温度应力增加的速度就越慢;半解析公式计算结果的平均误差不超过6%,可为工程设计提供指导。

考虑温度应力动态变化的继电保护装置可靠性研究

继电保护装置内部包含大量的电子器件,环境的温湿度、振动等对继电保护装置的可靠性都有影响。针对安装在开关柜中的保护装置在运行期间受到的温度应力的复杂动态变化,将环境温度视为一个服从正态分布的随机变量,结合Arrhenius模型与Weibull模型,由条件概率密度函数以及温度应力分布的概率密度函数推导出保护装置失效的全概率密度函数、可靠度函数和失效率函数。通过数值计算方法,得到温度的均值参数和方差参数变化对保护装置可靠性的影响,为继电保护装置在现场运行的可靠性研究提供理论依据。

大直径超深圆竖井内衬逆顺结合作法施工过程温度应力研究

珠江三角洲水资源配置工程A2标03号盾构井为外径35.9 m圆形竖井、开挖深度达73.98 m,施工复杂且难度较大,保证施工过程中不出现温度裂缝尤为重要。针对此问题,根据结构、施工特点,将盾构井内衬分为内衬墙、洞门墙和底板3个部分,使用三维有限元程序,采用逆-顺结合施工方法,基于内衬混凝土施工方案,对内衬结构施工过程进行数值模拟,研究内衬墙、洞门墙和底板温度、应力发展情况。数值模拟结果表明:(1)内衬墙、洞门墙和底板降温速率分别为0.28、0.23、0.19℃/d;(2)随着高程的降低,盾构井温控难度逐步下降,内衬墙厚度较小,受地下连续墙约束和气温变化影响较大,在高温季节浇筑的部位开裂风险较大,低温季节浇筑的洞门墙和底板开裂风险较小;(3)洞门墙和底板由于施工工序和间歇期,在结构突变连接处出现较大应力,施工中要加强这些部位的监测。

基于模量及温度应力的硬质沥青稳定碎石低温性能研究

大粒径沥青稳定碎石的冻断或弯曲试验实现较为困难,为了研究硬质沥青稳定碎石的低温性能,设计了宽温度范围模量主曲线及低温开裂温度两种评价方法。基于模量主曲线,发现硬质沥青稳定碎石的动态模量在35℃环境下比普通沥青稳定碎石高112%,而在-20℃时则仅比普通沥青稳定碎石高19%;通过温度应力和抗拉强度计算的低温开裂温度发现,硬质沥青和普通沥青稳定碎石的低温开裂温度均达到了-20℃以下,前者仅比后者高3℃。模量和低温开裂温度两方面的分析评价表明,硬质沥青稳定碎石的低温性能比普通沥青稳定碎石略低,但应用于非严寒环境时不会明显提高路面低温开裂的可能。

温度⁃应力耦合下聚四氟乙烯压缩蠕变行为及本构描述

聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene,PTFE)具有耐高低温、耐化学腐蚀和高热稳定性等优点,已成为工业领域中不可或缺的密封材料,其压缩性能对密封结构的安全服役至关重要。通过对PTFE开展压缩试验和压缩蠕变试验,研究PTFE在不同温度下的压缩性能,探究应力、温度对蠕变行为的耦合影响规律。研究结果表明,PTFE的压缩屈服强度和压缩模量随温度的升高而降低。压缩蠕变性能受到温度和应力的耦合影响,在相同温度下,随着应力的增加,PTFE的瞬时应变和蠕变速率增加。在相同应力下,随着温度的增加,压缩模量降低,分子能量和自由体积增大,从而PTFE的瞬时应变和蠕变量增大,总应变也增大。最后,采用Burgers模型、Findley模型和时间硬化模型对PTFE在不同加载工况下的蠕变行为进行了分析,发现Burgers模型和Findley模型可以较好地描述PTFE在不同温度下的蠕变行为。本研究可以为PTFE压缩蠕变性能的密封结构设计及工程应用提供理论指导和数据支撑。

宽幅温度和应力范围下蠕墨铸铁的蠕变试验及本构模型对比研究

随着发动机功率密度的增加,气缸盖在运行过程中所承受的温度和应力也增加,因此蠕变损伤预测需要考虑准确的蠕变本构模型和参数。针对蠕墨铸铁(Compacted Graphite cast Iron,CGI)气缸盖大范围的温度和应力工作条件,开展温度450~550℃、试验应力100~300 MPa条件下的CGI蠕变试验,进行表征宽幅温度和应力下CGI最小蠕变速率的蠕变本构模型对比研究。研究表明:与较小的温度和应力范围相比,在宽幅条件下CGI更容易发生蠕变损伤,且温度相比应力更能促使CGI发生蠕变变形;分别基于Norton⁃Bailey幂律模型、Garofalo双曲正弦模型和变形机制的真应力(Deformation Mechanism⁃based True Stress,DMTS)模型,结合多目标优化方法,构建了CGI蠕变本构模型。其中,基于DMTS模型的CGI蠕变模型有73%的预测值在两倍误差范围内,吻合效果在三种模型中为最佳。

长大框架混凝土箱涵浇筑阶段温度应力场及裂缝控制分析

以某长大框架箱涵施工项目为依托,通过实验数据,分析研究了长大框架箱涵温度裂缝控制技术。采用在长大框架箱涵混凝土浇筑过程中设置监测点并实测其温度,再利用ANSYS有限元软件建立长大框架混凝土箱涵有限元模型进行混凝土温度应力场的模拟分析,总结出长大框架混凝土箱涵浇筑温度应力场的变化规律。通过改变长大框架箱涵混凝土入模温度、伸缩缝间距等因素,对长大框架混凝土箱涵最大温度梯度、最大位移及最大拉应力进行分析。结果表明:现场实测温度值与模拟得到的温度结果的变化规律基本一致;随着混凝土入模温度的升高,长大框架箱涵混凝土最大拉应力和最大位移均随之增大;从长大框架箱涵混凝土裂缝控制角度出发,可将30~35 m作为长大框架箱涵混凝土的合理伸缩缝间距。根据模拟结果制定的现场控制裂缝措施,有效控制了混凝土结构的裂缝产生,取得了良好的实际效果。

短周期温度荷载对大坝混凝土表面温度应力影响研究

为探究外部环境变化形成的短周期荷载对混凝土外观、质量、蓄水等的影响,以周宁抽水蓄能电站碾压混凝土大坝为例,借助三维有限单元法,对昼夜温差和寒潮引起的碾压混凝土重力坝表面温度应力变化进行研究。研究结果表明:加强保温可以明显削减短周期温度荷载的影响,防止裂缝产生;寒潮对混凝土表层影响范围更深,约为1.4~1.6 m。研究成果可帮助制定混凝土温控防裂标准,对短周期温度荷载影响较大区域的工程施工具有一定参考价值。

荷载与温度耦合下的机场道面应力分析与配筋设计

针对大尺寸机场道面板在飞机荷载与温度耦合作用下易出现疲劳破坏的问题,通过ABAQUS软件对不同尺寸道面板在飞机荷载和温度梯度作用下的应力进行了分析。在此基础上根据应力结果完成道面板的横、纵向配筋设计,并对配筋后的道面板通过有限元模型进行了应力验算。研究结果表明:单独考虑飞机荷载,道面板尺寸与内部荷载无直接关联,而在温度梯度作用下,道面板的尺寸会对板内应力产生影响,但超过12 m后应力值趋于平稳。耦合荷载和温度共同作用下,尺寸越大道面板越容易发生破坏,当尺寸较小时板内应力上升幅度较大,但随着尺寸逐渐增大上升幅度放缓并趋于平稳。通过配备预应力筋,道面板板底拉应力下降幅度达87.3%,说明通过施加预应力筋可以有效防止道面板因尺寸过大在飞机荷载与温度梯度耦合作用下产生强度破坏与应力疲劳破坏。