大型高压筒体钢丝预应力缠绕微应变测量

大型高压筒体钢丝预应力缠绕是超长缓变过程,筒体内壁微应变最小为40με,相邻缠绕层之间的应变差最小为10με,因而要求测量系统必须具有高精度、实时性两个特征。首创互联网环境下的高精度实时在线微应变测量方法,通过对筒体微应变过程进行分析,搭建能够实时监测并通过网络传输的应变测量系统,实现对缠绕过程的远程监控。将此方法应用于我国首台770 MN橡皮囊液压成形机(简称770)筒形机架钢丝预应力缠绕过程控制,通过对应变数据的分析验证了方法的有效性。同时,还提出了生产过程在线监测筒体形变的方法,对100 MPa成形压力下的筒体形变数据进行采集和对比分析,为高压筒体健康诊断提供了保障。

预应力钢丝缠绕的框架式技术在深海压力试验装置中的运用

本文介绍了预应力钢丝缠绕的框架式技术在我国深海压力试验装置中的首次运用。中科院深海科学与工程研究所与四川航空工业川西机器有限责任公司利用该技术成功研制了一套200MPa中型超高压试验装置,该装置为国内相关科研机构研制的钛合金载人球舱缩比件、浮力材料及无人潜水器开展了相关的压力测试,取得了良好的运用效果,表明预应力钢丝缠绕的框架式技术相比传统的一体式压力筒在大容积、超高压装备研制方面具有明显的技术优势。

预应力钢丝缠绕技术在锻造/挤压压机上的应用

探讨了预应力钢丝缠绕技术应用于锻造/挤压压机承载结构的关键因素——预应力钢丝的蠕变特性及其影响。基于对65Mn钢丝高应力低温蠕变的测量结果及预紧力损失计算,证明钢丝蠕变的影响主要集中在压机工作初期和立柱的局部区域,并可以通过增大预紧系数加以有效补偿。对世界第一台预应力钢丝缠绕25MN自由锻/快锻液压机的温度进行了分析和实地测量,钢丝实际工作温度只有50℃。

基于预应力钢丝缠绕技术的深海超高压试验装置研制与应用

深海超高压环境模拟试验装置是深海关键技术与装备研究中必不可少的测试装置。采用传统的一体式压力筒研制大直径、超高压试验装置时难以克服应力集中的问题,安全性较低且造价昂贵。采用预应力钢丝缠绕技术研制的深海超高压环境模拟试验装置克服了其局限性,该装置是目前国内工作压力最高、可实现筒内环境数据监测且升降压自动控制的压力试验装置。文中简要介绍了该装置的系统组成及研制过程中主要关键技术问题及解决方法,最后介绍了典型实验应用,为深海超高压环境模拟试验装置的研制与应用提供参考。

用贴板与钢丝缠绕对存在环向表面裂纹的内压筒体进行止裂抑爆的理论分析

本文介绍带裂纹的内压简体及大型油汽管道采用简体外部加轴向弧形贴板并施以钢丝预应力缠绕的一种新的止裂、抑爆技术。理论分析与实验结果表明,该抑爆技术不仅对轴向裂纹尤其对环向裂纹都能达到较理想的止裂、抑爆效果。是一种简单易行、安全可靠的延寿技术与工程止裂抑爆方法。

预应力钢丝缠绕剖分-组合大型挤压筒的热应力分析

预应力钢丝缠绕剖分-组合挤压筒与传统挤压筒相比具有重量轻、疲劳性能好、制造难度与成本低等优势。传统的预应力钢丝缠绕筒体理论计算方法忽略了温度的影响,不适宜于热挤压筒的设计计算。该文采用线性热弹性理论、预应力钢丝缠绕理论以及弹性力学理论对挤压筒在预紧状态、预热状态和工作状态下的应力分布分别进行了分析,得出应力分布的解析公式。理论分析和计算证明,预紧系数、挤压筒内表面温度对稳态温度场下挤压筒的热应力分布起决定作用,通过调整挤压筒的内表面温度和预紧系数可使热应力控制在许用范围内,从理论上证实了在一维稳态温度场假设下预应力钢丝缠绕剖分-组合挤压筒的可行性,目前该类型的挤压筒已应用于我国已建成的360MN/150MN垂直挤压机组中。

大容积全海深环境模拟装置结构及低温控制分析

深海环境模拟装置是开展深海技术与装备研发中必不可少的试验系统。本文基于预应力钢丝缠绕技术,将传统的单层筒体拆分成双层结构,并在内套筒和外套筒间设有冷却通道。以筒体内径1 000 mm、筒深2 500 mm、最高设计压力200 MPa的深海环境模拟装置为例,进行筒体结构和低温控制过程的初步计算分析。通过计算结果可知:在筒体结构设计上,缠绕预紧系数η=1.13时,筒体外半径r0=795 mm,芯筒总厚度为177 mm,所需缠绕钢丝层厚度为118 mm;在低温控制过程,增压器等熵效率为0.6时,需要通过制冷系统将初始状态的工质水冷却至0℃,并保持筒内不少于4.6%的含冰量,且制冷系统总制冷量不低于24.62 kW,则可以实现筒内200 MPa下4℃及以下低温控制。研究结果可以为大型全海深环境模拟装置的低温控制策略研究提供参考。

50MN预应力钢丝缠绕液压缸关键技术参数的确定

采用理论分析与有限元模拟相结合的方法对预应力钢丝缠绕液压缸关键技术参数进行了研究。将钢丝层简化为单层厚壁圆筒,建立1/4双层圆筒的平面应力轴对称有限元模型,钢丝层施加不同预紧力,得到外压随钢丝层厚度变化的曲线,可确定缠绕应力和钢丝层厚度。建立了参数化6层钢丝缠绕缸筒的1/4平面轴对称应力有限元模型,以不同预紧力递减增量进行遍历计算,以最终钢丝层对缸筒外壁压力的设计值为依据选择合适的钢丝层初始缠绕应力和预应力递减增量。最终确定了预应力钢丝缠绕缸筒关键技术参数,根据这些技术参数设计制造了内压为80 MPa的50 MN液压缸。

大型深海超高压模拟试验装置的研制及应用

深海超高压模拟试验装置是海洋装备与关键技术材料进行压力测试的必要实验系统。传统一体式筒体结构的深海超高压模拟试验装置已经无法满足“全海深”背景下大容积和大压力的测试需求。基于预应力钢丝缠绕技术,研制了一套大型深海超高压模拟试验装置,该套装置筒体内径2.8m,筒深4.0m,最高工作压力180MPa,能够实现筒内环境数据采集及压力比例自动控制。运用该装置圆满完成了我国全海深载人潜水器“奋斗者”号固体浮力材料和载人球壳的压力试验,为2020年11月10日“奋斗者”号在马里亚纳海沟成功下潜10909m奠定了非常重要基础。相对于传统深海超高压模拟试验装置,该装置具有更高的承压性能和安全性能,突破了预应力钢丝缠绕框架式主机结构设计及研制、比例加卸压控制技术、大孔径密封结构设计及在线超高压检测系统设计等关键技术研究,为我国研制大容积、大压力的深海环境模拟技术与装备提供重要参考。

缠绕式温等静压机工作缸热机耦合分析

针对温度-压力热机耦合工况下应力集中的问题,提出多应力场作用下的工作缸热机耦合分析算法,构建工作缸的应力耦合模型。基于钢带缠绕理论、非线性弹性理论及热弹性理论,探索缠绕式温等静压机工作缸负载工况下应力破坏机理,分析缠绕式温等静压机工作缸在三种典型的工况下的应力分布情况。利用ABAQUS对缠绕式工作缸的工作过程进行热机耦合分析,揭示工作缸在应力-温度场作用下缠绕层和芯筒之间的映射关系。对比仿真和试验结果,研究表明:实验数据与仿真结果基本吻合,为工作缸进一步优化设计提供了坚实的理论基础。

中国的铝合金锻造产业

中国现在已成为世界上最大的轻金属、高温合金、高强度钢等的锻造大国,拥有世界最大的800 MN模锻机。本文对我国各大公司的锻造设备以及产能进行了对比,并对半固态金属(SSM)加工技术进行了简单介绍。