热-应力耦合场作用下含缺陷压力管道的应力强度因子研究

含有轴向长裂纹承受超高压的厚壁压力管道,当其内外壁温度不一致时会产生热应力,从而使总的应力场发生变化,裂纹尖端的应力强度因子也将发生变化。本文用有限单元法计算了由稳态热荷载和内压力共同引起的应力强度因子,并通过选取几组不同的厚壁管道几何参数、裂纹参数和温度参数,分析了它们对应力强度因子的影响规律。总结后发现,热-应力耦合场作用下,应力强度因子随径比、裂纹深度比和温度比的增加而增加,且外壁温度高于内壁时得到的应力强度因子更大,压力管道处于更加危险的工况,工程上需要特别注意。

128×128元锑化铟红外焦平面探测器热-应力耦合分析

考虑探测器在热冲击过程中由于传导降温非均匀引起的温度梯度分布,借助ANSYS软件对温度梯度影响下的锑化铟探测器进行热-应力耦合分析。依据热分析结果得到了热冲击下探测器的降温时间曲线,以此为基础进行热-应力耦合分析得到了探测器的应力分布,并以温度、时间为参考量将热冲击过程中InSb芯片上应力最大值变化与传统均匀降温方式下的应力最大值变化进行对比,结果表明器件内部存在温度梯度时,InSb芯片上的应力增加呈现出先快后慢现象,明显不同于均匀降温的线性增加;且应力增加主要集中在热冲击初始0～0.5 s时间段,如此短时间段内应力的急剧增加将严重影响探测器的可靠性。最后对传导降温方式下应力变化可能引起InSb芯片失效的原因进行了初步探讨,这对预测裂纹的发生提供了一定的帮助。

两层套组合式圆挤压筒热-应力耦合有限元分析

以两层套圆挤压筒为研究对象,运用ANSYS有限元软件对挤压筒进行热-应力耦合数值模拟,分析了挤压筒在装配条件下的应力情况;并通过基于Lame公式的应力叠加法计算出的解析解与数值解进行对比分析;采用正交试验方法,研究了过盈量、结构尺寸对挤压筒应力的影响规律。结果表明考虑温度场的热应力时,挤压筒的最大等效应力明显降低,且各层套的应力变化越趋平缓;解析解与数值解的误差均在2.4%以内,验证了数值模拟结果的正确性;过盈量和结构参数的变化使得挤压筒最大等效应力出现在内套内壁或外套内壁。

基于ANSYS的发动机气门热-应力耦合分析

文章利用ANSYS软件的APDL命令流对气门进行建模,并对其进行热-应力耦合分析,研究气门在高温高压状态下的应力分布情况,结果表明:气门盘部和过渡圆弧位置应力最大,并以实际案例证明了分析结果的正确性,研究结果可为气门的结构优化和疲劳寿命分析提供理论依据。

风电机组齿轮箱高速轴端轴承热-应力耦合故障分析

建立了风电机组齿轮箱高速轴端轴承的热阻网络模型,研究了在变风速、变载荷情况下轴承的动态热特性.采用Ansys Workbench有限元方法进行三维热-应力耦合分析,并模拟轴承及其在故障条件下的温度、形变及热应力特征.结果表明:风速、轴承内圈和滚动体之间的接触热阻及润滑油的对流接触热阻对轴承的温度有显著影响;轴承正常运行时,最大形变出现在内圈与滚动体接触面,最大热应力出现在外圈外表面边缘;当轴承出现胶合以及磨损故障时,其温度分布、热流量及热应力均有不同程度变化.

热-应力耦合作用下深部软岩隧洞大变形三维数值模拟分析

高地温是深部隧洞的一个重要特点,温度场的存在必然会影响到深部隧洞的变形和应力状况,特别是考虑到深部隧洞的高地应力和大变形的特性,温度场的影响就更加显著。因此,本文基于摩尔-库仑本构模型,利用FLAC3D软件对深部软岩隧洞洞室围岩的力学响应及其在不同温度场作用影响下的应力、变形及塑性区分布等指标的分布及变化情况进行模拟计算及研究分析,得出了一定基本规律,为工程设计提供参考。

周盘式制动器热-应力耦合特性的分析探究

以东风Q/ZEZPSCZ02—2018型周盘式制动器为研究对象,探究该款新型制动器的热-应力耦合,分析了其安全性能。基于SolidWorks建立的三维模型,借助有限元分析软件AnsysWork⁃bench,对周盘式制动器建立热-应力耦合;设置汽车持续制动和颠簸路段制动的工况条件,分析其等效弹性应变、应力和温升情况,探究其之间的映射关系;通过模型仿真,得到温度云图、应力云图和等效弹性应变云图。经分析可知,温度上升趋势先急后缓,最大应力和等效弹性应变均位于内蹄双凸轮处;通过台架实验数据对比发现,结果在误差所允许的范围内。为后续的工程设计、散热机理研究、检测维修提供了参考依据。

基于热-应力耦合场有限元分析的不锈钢板翅结构性能研究

采用有限元分析中热-应力耦合场分析方式对不锈钢板翅片、隔板等组成的板翅式结构的换热器在高温条件下运行的工作情况,分析其产生的热应力和热变形。首先需要对板翅式换热器的结构单元建立一个二维模型,再计算高温流体换热的工作情况,使用数值模拟的计算方式。其次,将计算出来的结果作为初始条件导入结构分析单元,进行结构性能分析。分析过程中需要考虑不锈钢材料与母材之间存在的差异性,以及与焊缝结构之间存在的影响,得出最大应力的数值大小和存在的位置,然后分析在不同工作状况下翅片结构产生应力与应变结构性能。

速射武器身管的热-应力耦合场分析

对速射武器身管受热的物理过程进行了细致的分析,并确定其边界条件。以某机枪为例用有限元法对连发射击过程中身管的热-应力耦合场进行了计算,求得身管管壁上距内膛表面不同截面处的温度-时间曲线和铬层与基体金属结合处的全等效应力-时间曲线及温度等效应力-时间曲线,计算结果与实测结果基本一致。结果对身管的设计和寿命预估具有指导意义。

基于有限元软件的直埋供热管道热-应力耦合数值模拟研究

为得到直埋供热管道在热-应力耦合作用下受到应力影响的结果,设计基于有限元软件的直埋供热管道热-应力耦合数值模拟。计算直埋供热管道内压应力,结合材料力学计算不同的管壁压力,从而得到管壁厚度;建立管道内部热力变化模型,计算管壁在两端不被束缚时的伸长量以及缩短量;模拟管道热-应力耦合数值变化,基于有限元软件划分网格结构,设计边界条件。通过实验结果可知,温度荷载也在荷载条件中起到最主要的作用,且受到应力最大的点在管壁的转弯处,因此需要注意对管道转弯处的保护,防止管道因应力过大而损坏。

路面冻胀开裂热-应力耦合分析

为了更有效防治季节性冰冻地区道路病害,对路面冻胀开裂力学机理进行了研究。通过对路面冻胀开裂病害现象的调查分析,指出半刚性基层冻胀是道路冻温开裂病害发生的重要因素之一;建立了道路结构热-应力有限元模型,对路面在半刚性基层冻胀作用下的力学响应进行了计算与分析,提出了基于基层冻胀的路面劈裂破坏理论;通过对路面开裂判据应力计算,分析了路面冻胀开裂对冻温材料力学性能变化的敏感性。结果表明,基于半刚性基层冻胀的路面劈裂破坏理论,能够更合理地解释路面冻胀开裂现象;半刚性基层的冻胀性能以及路面材料的强度特性,均对路面冻胀开裂有较大的影响作用。

电-热耦合作用下高压电缆接头运行中复合界面热应力分布的仿真计算

目前,对于高压电缆接头故障机理的研究主要集中在电场、温度场及初始机械应力分布计算方面,少有考虑运行中复合材料界面应力分布的畸变问题。高压电缆接头的故障发生涉及到电磁-热-应力场相互耦合的复杂过程,复合材料界面应力分布的畸变,不仅会加速绝缘材料的老化进程,还会降低界面沿面放电电压。本文以220 kV高压电缆中间接头为原型,运用了有限元分析软件,建立了高压电缆接头的电磁-热-应力耦合仿真模型,基于该模型得到了电缆接头正常运行工况、绝缘材料含有杂质缺陷的工况下电场、温度场和热应力分布的计算结果,着重对典型缺陷下复合材料界面热应力分布的二次畸变情况进行了分析。结果表明:电缆接头含有杂质微粒的工况下,复合材料界面热应力增长了27. 32倍,热应力的二次畸变程度远超电场和温度场的二次畸变程度。认为复合界面热应力分布的二次畸变是导致高压电缆接头故障的重要起因。通过该研究可为电缆附件易发生故障原因分析及结构优化设计提供理论参考,对于提升电缆接头绝缘性能具有重要现实意义和实用价值。

裂隙开度的压力溶解对双重孔隙介质热-水-应力耦合影响的有限元分析

为了考虑应力拉压和压力(化学)溶解对裂隙开度的综合影响,对所建立的双重孔隙-裂隙介质热-水-应力耦合模型中裂隙开度的计算模型作了改进。通过一个假定的高放废物地质处置库算例,就岩体裂隙开度变化的3种工况,分析了岩体中的温度、孔(裂)隙水压力、地下水流速和主应力的变化、分布情况。结果显示:3种工况的计算域中温度场基本相同;孔(裂)隙水渗流场形态相似,但其量值有一定差别;工况1的裂隙开度在应力和压力(化学)溶解的共同作用下闭合量最大,负孔(裂)隙水压力增值最高;核废物的释热效应明显地改变了岩体自重应力场的水平分量,但对其垂直分量影响较小。

裂隙刚度随应力变化对双重孔隙介质热-水-应力耦合影响的有限元分析

引入并修正了变刚度的连续屈服节理模型,同时考虑应力拉压和压力(化学)溶解对裂隙开度的综合影响,对所建立的双重孔隙-裂隙介质热-水-应力耦合有限元计算程序作了改进。通过一个假定的高放废物地质处置库的数值模拟,就岩体裂隙刚度变化的2种工况,分析了岩体中的温度、裂隙刚度、正应力、孔(裂)隙水压力和地下水流速的变化、分布情况。结果显示:与裂隙刚度是常数时相比,裂隙刚度是法向应力的函数时计算域中温度较低;岩体应力的大小也有一定不同,其分布与裂隙刚度"场"有明显的相似性;并且负孔(裂)隙水压力的绝对值要略小一点,约是常数时的98%。

核废料地质处置概念库锚喷支护坑道热-水-应力耦合效应的二维离散元分析

假定一个核废料地质处置库位于具有一定水头的饱和节理岩体中,开挖完闭施作系统锚杆和喷混凝土支护。对坑道建造和一个50年期的热-水应力(T-H-M)耦合运营过程,使用UDEC程序进行数值模拟,分析无、有支护时近场围岩中的应力、变形、塑性区、温度、渗流的变化状态,以及不同场(温度、渗流、应力)耦合条件下的锚杆和喷混凝土中的承载情况。结果显示,喷混凝土和系统锚杆支护不仅具有常规的支护功能,并且可阻滞地下水从坑道表面的自由渗出,使得围岩中塑性区减小,裂隙水压力和温度升高;相比于应力单场作用的情况,在热-水-力耦合的条件下洞室围岩的稳定性下降,支护结构的受力状况变差。

压力溶解对颗粒聚集岩体中热-水-应力耦合影响的数值模拟

在自主研制的孔隙介质热-水-应力耦合有限元程序中引入Taron等提出的颗粒聚集体的压力溶解模型，针对一个假设的实验室尺度且位于非饱和石英颗粒聚集岩体中的高放废物地质处置模型，拟定两种计算工况：（1）孔隙率和渗透系数是压力溶解的函数；（2）孔隙率和渗透系数均为常数，进行4a处置时段的数值模拟，考察了岩体中的温度、颗粒界面水膜及孔隙中的溶质浓度、迁移和沉淀质量、孔隙率及渗透系数、孔隙水压力、地下水流速和应力的变化、分布情况。研究结果表明：工况1计算终了时，压力溶解使得孔隙率和渗透系数分别下降到初始值的43％-54％、4．4％～9．1％。在核废料释热温度场的作用下，工况1、2中的负孔隙水压力分别为初始值的1．00～1．25倍、1．00～1．10倍，前者表现了压力溶解的明显影响；两种工况的岩体中的应力量值及分布基本相同。

遍有节理岩体的双重孔隙-裂隙介质热-水-应力耦合模型及有限元分析

建立一种饱和-非饱和遍有节理岩体的双重孔隙-裂隙介质热-水-应力耦合模型,其特点是应力场和温度场是单一的,但具有不同的孔隙渗流场和裂隙渗流场,以及可考虑裂隙的组数、间距、方向、连通率和刚度对本构关系的影响,并研制出相应的二维有限元程序。针对一个假定的高放废物地质处置库,就岩体为双重介质和单重介质2种工况进行数值分析,考察缓冲层和岩体中的温度、孔隙水压力、饱和度、地下水流速和主应力的变化、分布情况。结果显示,地下水由双重介质进入缓冲层中要快得多,2种工况的计算域中温度差别不大,但缓冲层及附近部位的主应力大小及分布有显著不同,单重介质的应力集中程度要大。

模拟冻-融过程的热-水-应力耦合模型及数值分析

考虑低温条件下出现水-冰相变并有潜热产生的特点,将所开发的热-水-应力耦合模型及其二维有限元程序作了改进,使之可用于岩土体冻融问题的分析.并以Neaupane等的岩石室内冻-融试验为对象进行了数值模拟,将计算、试验和Neaupane的计算中所得的岩石试样上特定点的温度-时间曲线、温度-径向应变曲线作了对比,看到三者的接近程度较好,同时考察了本计算所得的一个岩石试样中不同时刻的温度、位移及应力分布,得出了若干结论.

裂隙贯通率对双重孔隙介质热-水-应力耦合现象影响的有限元分析

为探讨裂隙的贯通率对于耦合的温度场、渗流场和应力场的作用,应用所建立的遍有节理岩体双重孔隙-裂隙介质热-水-应力耦合模型,以一个假定的位于非饱和地层中的高放废物地质处置库为算例,针对裂隙和孔隙的贯通率不同的4种工况进行了二维有限元数值分析,考察了围岩中的温度、负的孔隙和裂隙水压力、地下水流速、孔隙及裂隙的渗透系数修正因子和应力的变化、分布情况。结果显示,由于裂隙贯通率的差异使得双重介质的刚度不同,引起岩体中应力状态及水平的改变,从而影响到孔隙、裂隙的孔隙率及渗透系数的量值,并导致孔隙水和裂隙水的压力大小、分布以及水流速度的变化。

压力溶解和自由面溶解/沉淀对双重孔隙岩体中热-水-应力耦合影响的有限元分析

引入裂隙开度的压力溶解和自由面溶解/沉淀模型,针对一个假设的位于饱和双重孔隙-裂隙岩体中的高放废物地质处置库,拟定3种计算工况:(1)裂隙开度是压力溶解和自由面溶解/沉淀的函数;(2)裂隙开度仅随压力溶解而变化(这2种工况中基岩的孔隙率亦是应力的函数);(3)裂隙开度和基岩的孔隙率均为常数,进行热-水-应力耦合的二维有限元分析,考察岩体中的温度、裂隙开度及渗透系数、孔隙水压力、地下水流速和应力的变化、分布情况。结果表明:自由面溶解/沉淀引起的裂隙开张及渗透系数增量的绝对值要明显大于压力溶解产生的裂隙闭合及渗透系数减量的绝对值,而压力溶解对裂隙的开度及其渗透系数的影响较小;同时计入压力溶解和自由面溶解/沉淀相比于仅考虑压力溶解,同时计入压力溶解和自由面溶解/沉淀的裂隙开度及其渗透系数分别约为仅考虑压力溶解时的1.5和7.0倍;在释热温度场的作用下,计算域中的裂隙水压力随时间先上升再下降,但变化幅度不大;3种工况下岩体中的应力量值及分布差别很小。