氧化铝耐火材料制备中热应力有限元分析

氧化铝耐火材料在制备过程中所产生的裂纹等轻微损伤,是潜在的安全风险。为提高材料的使用性能,研究了在烧成过程中模型尺寸、热处理温度、升温速率、降温速率以及气孔率等因素对氧化铝耐火材料裂纹产生的影响。结果表明:在模型尺寸增大时,对应的最大热应力值也随之增大,产生裂纹的风险也越大;最大热应力峰值出现在1200~1600℃温度区间内;只改变1000~1350℃温度区间内的升温速率时,升温速率越大对应的最大热应力值越大;窑炉从1600℃降到室温时,降温初期最大热应力值迅速增大,且降温速率越大对应的最大热应力值越大;对于气孔率分别为5%、7%和10%的氧化铝砖坯,在相同的烧成条件下,气孔率10%砖坯的最大热应力值于1200℃、1300℃、1400℃及1500℃均最小,因此气孔率为10%比5%和7%更有利于降低烧成过程中裂纹产生的风险。

冷热原油顺序输送管道热应力与疲劳寿命分析

近年来,随着国外原油进口量的持续攀升以及国内油田产量的下降,管道输送出现了不同油品需要用同一条输油管线共同输送的情况。以庆铁四线管道为例,结合实际参数,应用ANSYS有限元分析方法,采用六面体结构性网格对管壁进行离散化处理,对埋地管道热结构耦合问题进行求解,分别计算了直管段和弯管段在不同温度下的热应力;基于断裂力学理论,计算了不同服役寿命下的年循环周期极限,分析了温度交替变化对管道疲劳寿命的影响。实验结果为冷热原油管道安全输送提供了理论依据。

聚合物表面空间环境防护涂层热应力分析方法研究进展

柔性聚合物材料作为航天器表面用关键材料,易受到空间环境的协同损伤,在其表面制备防护涂层是实现长期服役的重要技术。但由于常用防护涂层与基体间的性能差异,涂层易因应力出现开裂和剥落,因此应力分析对于材料的设计和优化非常重要。对于涂层应力的分析方法,主要可以分为基于试验测量以及基于数值仿真的有限元分析方法两类。梳理目前常见的试验测量方法,分析有损法和无损法试验测量的应用,整理归纳基于数值仿真的有限元分析方法的原理以及相关应用,比较不同方法的优缺点,总结其局限性以及应用前景。不同应力测试分析方法在材料的服役寿命和失效形式预测中发挥了重要作用,但传统的机械有损测量方法难对应力情况进行实时监测,近年来发展起来的无损法也存在一定的应用局限性,有限元模拟具有实时、全面的应力测量优点,但是与实际涂层模型具有一定的差距。基于目前试验方法与有限元仿真各自的局限性,提出将有限元仿真与试验表征结合成为进一步指导涂层设计的有效方法,有望有效预测涂层失效机制,优化涂层材料制备工艺,开发具有低应力结构的涂层材料,为聚合物表面用关键涂层材料的轻量化发展和长期可靠服役提供技术支撑。

光热电站熔盐储罐热应力分析

基于光热电站熔盐储罐结构建立了储罐的三维计算模型,通过载荷施加及边界条件设置进行热应力耦合分析,得到不同斜温层位置储罐的热应力及位移分布情况。根据不同斜温层厚度、位置获得储罐罐壁热应力变化趋势。斜温层厚度越大,储罐罐壁热应力越小。斜温层位置由罐底上升到罐顶,罐壁热应力先增大后减小。这些结果不仅有助于深入了解储罐的工作性能和安全性,还为储罐的优化设计和改进提供了重要的理论依据和实践指导。

脱钴深度对PDC残余热应力的影响计算分析

热残余应力是导致聚晶金刚石复合片(polycrystalline diamond compact,PDC)性能下降的重要因素之一。利用ANSYS建立PDC的计算模型,通过“热—结”耦合法计算评估聚晶复合层的脱钴深度对复合片残余热应力的影响规律。脱钴为PDC再造一个新的界面,即脱钴层/未脱钴层之间的界面(命名为第二界面),从而与原有的聚晶复合层/硬质合金之间的界面(第一界面),共同影响PDC的应力分布变化规律,乃至影响PDC的性能。借助有限元计算,可以系统地分析和考察脱钴对PDC热残余应力的影响规律,并确认1613型号PDC的复合层为2 mm、3 mm时的最优化脱钴深度分别为0.6~0.8 mm、1~1.2 mm。

卡箍法兰的热应力耦合分析

复杂环境下卡箍法兰系统工作的稳定性和安全性是研究过程中至关重要的一个环节,为研究高温高压对卡箍法兰性能的影响,该文采用SolidWorks软件建立物理模型,基于ANSYS Workbench软件分析热应力耦合对结构的影响。研究结果表明,(1)卡箍孔板法兰的内壁面温度最高,且由内而外,温度逐渐减低,最低温度位于螺柱上。(2)卡箍孔板法兰整体最大应力位于球面螺母与卡箍的接触面上,为739.73 Mpa。密封环上的唇部应力大于密封比压,符合密封环的密封性能的要求。(3)密封环的线性等效应力模拟结果对比许用应力准则,强度满足安全要求,不会发生塑性垮塌。

基于ANSYS的球轴承接触应力分析及准确性评价方法

球轴承接触应力是表征球轴承承载能力的重要参数,也决定了球轴承次表面疲劳剥落状态,对疲劳寿命分析具有重要意义。本文使用ANSYS对球轴承的最大接触应力及应力分布状态进行分析,并通过实例进行验证,总结完善了其评价准则,可对工程应用拓展提供可靠方法及数据。

基于Ansys的汽车传动轴的力学分析和轻量化设计

[目的]探究使用轻量化设计方法提高汽车传动轴的性能和效率。[方法]以传动轴的三个关键部件凸缘叉、花键轴叉以及万向节叉为研究对象,提出了以密度为基础进行拓扑优化的结构设计方法。对建好的模型进行力学分析,根据分析结果,对可能存在的问题进行优化,并对优化的部件再次进行力学校核测试,直至符合安全要求。[结果]该设计方案较已有相关方案表现优异,最终方案使传动轴的质量降低了约18%。[结论]该优化方式为减轻重量提供了一种切实有效的方法,也可用于减轻器械重量、降低能源消耗和改善环境。

埋地燃气PE管道在地面沉降作用下的应力分析

为了研究在地面沉降作用下PE燃气管道的受力特性及失效原因,借助ANSYS软件,探究了在地面沉降作用下PE100、管径DN110、e=10的燃气PE管道的应力-应变响应情况,分析了管道失效影响因素以及失效原因,并得出管道的失效危险点、管道极限沉降位移及极限截面变化率。结果表明:在地面沉降作用下管道的失效危险点出现在沉降区与非沉降区交接处的管道内表面;且在地面沉降作用下,管道产生的压缩变形是导致管道失效的主要原因,管道弯曲变形的存在会使管道的压缩变形更加严重。这为防治埋地燃气聚乙烯管道在地面沉降作用下的管道安全评估提供理论参考。

气密性陶瓷封装内热应力的ANSYS分析

采用有限元方法,运用ANSYS软件,分析计算了气密性陶瓷封装管壳内温度及热应力分布,比较了4种粘接剂对芯片温度及热应力分布的影响。热分析表明,芯片中心处温度最高,边角处最低;不同粘接剂都因为厚度较薄,对芯片温度的分布无较大影响。热应力分析表明,由于热分布不均匀,使芯片与粘接剂的接触处有较大的热应力,主要集中在粘接剂与芯片的下底面,此处也是最容易导致芯片脱落失效的部分。对比4种粘接剂的结果发现:采用H35作粘接剂时,应力峰值为17.0MPa,但芯片与粘接剂和底座之间的热应力较大;采用PbSnAg焊料作粘接剂时,应力峰值为41.9MPa,但芯片与粘接剂和底座之间的热应力较小。

基于ANSYS的HFCVD金刚石厚膜的热应力分析

金刚石膜中的热应力会削弱金刚石薄膜与基底之间的粘结强度和金刚石膜的机械性能,更严重的会使CVD膜产生热裂纹甚至出现“炸膜”现象。本文根据HFCVD金刚石膜沉积过程中实际工作状态的边界条件,通过有限元软件ANSYS计算分析HFCVD金刚石膜中的热应力分布,并通过实验进行了验证,获得了HFCVD膜中热应力的分布规律以及金刚石膜半径、厚度、沉积温度和冷却速度四项实验条件对热应力的影响。研究结果表明:热应力沿径向分布是不均匀的,在边缘部分有突变;金刚石膜的膜厚,冷却速度和沉积温度对金刚石膜中的热应力影响很大,而金刚石膜的半径对膜中热应力影响较小,从而为HFCVD金刚石膜中热应力的预测与控制提供依据。

基于ANSYS的某活塞热应力分析

结合虚拟样机技术和有限元分析技术,使用SolidWorks建立活塞的虚拟样机后,通过SolidWorks与ANSYS的接口,将温度载荷施加在活塞的有限元模型上,得到温度场分布;在对某发动机活塞组进行了结构介绍和理论分析的基础上,采用ANSYS软件建立了活塞组三维有限元模型;基于有限元理论对有限元模型进行仿真计算,确定了热应力和变形集中部位。通过对有限元仿真结果进行分析可以看出,该研究验证了分析的可行性和准确性,能够为活塞进一步的优化设计提供理论依据。

基于ANSYS航空层合玻璃的热应力分析

基于ANSYS对航空层合玻璃的热应力进行仿真分析,讨论不同组分材料(聚碳酸酯PC、聚氨酯胶片PU和聚甲基丙烯酸甲酯PMMA)和不同厚度层合玻璃的热应力变化。结果表明,在不同温度下VON MISES应力的最小值出现在PC外侧,最大值出现在PC和PU的胶结处。X方向应力最小值为负值,且位于两层合材料的胶结中心处,最大值位于两层合材料的胶结边缘处。Y方向应力最小值和最大值均位于PU的边缘胶结处,其它位置应力几乎没有变化。

激光能量密度对CMOS探测器的感光面热应力的影响研究

开展了入射脉冲激光能量密度对纳秒脉冲激光辐照CMOS(complementary metal oxide semiconductor)光电探测器的感光面(二氧化硅层/硅层交界面)处热应力的影响研究。建立了CMOS光电探测器的仿真几何结构模型,基于傅里叶热传导方程及热力耦合方程组对纳秒脉冲激光辐照下CMOS光电探测器感光面中心点温升和热应力进行了仿真计算,并对入射脉冲激光能量密度对温升时间演化过程以及热应力的空间分布进行了探讨。仿真计算结果表明,随着入射脉冲激光能量密度增大,CMOS光电探测器的感光面处峰值温度增加以及热应力增大。在纳秒脉冲激光辐照CMOS光电探测器时,感光面处存在的拉应力使CMOS光电探测器先发生力学损伤,随着激光能量密度增大,再发生热学损伤。研究结果对于纳秒脉冲激光诱导CMOS光电探测器损伤机制以及损伤效果的研究具有一定的理论支持。

飞机多钉壁板混合结构热应力分析与验证

为了研究飞机机械连接混合结构在运营环境极端温度下产生的热应力,在刚度法基础上考虑温度场引起的变形,推导了典型单搭接连接件由热应力引起的钉载计算理论公式。针对壁板等较为复杂的大尺寸结构热应力分析难题,以铝合金“Z”型长桁和复合材料蒙皮通过40个螺钉机械连接组成的多钉壁板为研究对象,基于梁-壳组合单元,建立了壁板结构2维仿真模型,获取了结构热应力和钉载分布规律。此外,通过开展低温环境试验,分析了结构中复合材料及金属在不同温度下由热应力引起的应变。结果表明,有限元分析和试验数据具有较好的一致性,通过平面建模方法可以有效减低多钉连接结构建模难度及计算量;多钉壁板的钉载分布规律为“U”型,最大载荷量级约为3500 N,为后续结构强度分析提供依据。

用ANSYS软件进行热应力分析

本文通过用ANSYS进行活塞热应力分析的实例,介绍了用ANSYS进行热应力分析的方法。

基于ANSYS的磁光玻璃液铂金漏管的温度场与热应力分析

针对磁光玻璃液在铂金漏管(简称漏管)内易堵塞、流通不畅等情况,建立漏管的三维稳态模型,利用有限元软件ANSYS分析稳态后漏管内的温度场和热应力分布,绘制出关键节点温度曲线。结果表明,漏管内的温度分布满足玻璃液成型的黏度要求;漏管受到的热膨胀应力远小于其许用应力。此结果验证玻璃液在管内不堵塞,为漏管合理设计提供了理论依据,同时指出了玻璃成型时的一些注意事项等。

基于ANSYS的固定管板式换热器的热应力分析及评定

应用ANSYS有限元分析软件对固定管板式换热器进行热应力分析及评定。由应力强度云图可知最大应力强度发生在管板锻件的管程侧过渡圆角处。设定3条应力评定路径,进行线性化处理,在内压与热载荷作用下,对各路径上的一次加二次应力进行评定,得到应力评定结果。

CAE/ANSYS软件数值模拟技术在铸造热应力分析上的应用

为了减少铸造生产的过程中由于铸件结构等因素产生的变形和热裂现象,运用CAE/ANSYS软件数值模拟技术,采用接触单元法和自由模型法对铸造热应力进行模拟分析和计算,并对模拟结果的准确性进行验证。结果表明,接触单元法数值模拟结果更加接近实际铸造过程。

分区有限线法及其在复合结构热应力分析中的应用

介绍一种全新的数值方法——分区有限线法(zonal finite line method,ZFLM),并将其应用于求解复合结构中的热应力问题.ZFLM是一种配点型的强形式算法,对于每个配置点,由过其的两条(二维问题)或三条(三维问题)线段建立一个交叉线系,采用拉格朗日插值多项式对每条线段的坐标与物理量进行函数表征,并用沿弧长方向求导法创建任意物理量对总体坐标的一阶偏导数解析计算式,通过递推技术,由一阶偏导数公式建立二阶偏导数计算式.采用建立的偏导数计算式,可直接由问题的控制微分方程及其边界条件建立离散的总体系统方程组.为了建立高效的有限线法和能够求解复杂的由多种材料组成的复合结构问题,提出一种分区计算方法,即:根据材料的不同或几何与载荷的不规则性,将所分析的问题划分为若干个结构化计算区域,在每个区域由插值函数自动产生一系列配置点,并用有限线法建立每个配置点的离散方程.对于区域间的公共节点,由物理量的协调条件以及界面力的平衡条件建立界面节点代数方程;对于几何不规则或载荷跳跃问题,采用面力方程叠加法建立非规则节点的代数方程,以提高计算结果的稳定性.采用本文方法对二维/三维结构的热应力进行分析.计算结果表明本文方法具有很好的精度,且在边界上的应力更为精确,应力集中的效果更为明显.