圆柱形锂离子动力电池卷绕过程中的应力分析

在锂离子动力电池的制造过程中,卷绕是极为关键的一道工序。为了保证电池的安全稳定,卷绕过程中不能产生弯折、褶皱,甚至断裂。电池型号不同,适合的卷绕方式不同,最适合的卷绕方式可以根据卷芯成品外半径来确定。首先,把电池卷绕层作为薄膜材料,在卷绕张力的约束下对卷芯的本构方程进行分析,得到平面应变状态下卷芯内r处的环向应力分布函数和径向应力分布函数;进而得到卷绕n圈完成后,卷芯内任意r处的环向应力和径向应力。根据卷绕张力的类型,对不同卷芯外半径下的环向应力进行算例分析,从而得到适合不同卷绕外半径的卷绕方式。随着卷绕外半径的不断增大,恒卷绕张力和锥度卷绕张力逐渐不适合电池卷芯的卷绕,因此提出了全新的抛物线型卷绕张力和复合型卷绕张力。动力电池卷绕完成后,电池卷芯经卷绕产生的应力相当于对电池施加的预应力,从而对动力电池的使用产生影响。

基于环向应变的燃气管道泄漏监测试验

燃气管道由于其功能的特殊以及深埋于地下或海底的环境,如果泄漏将引起灾难性的后果。泄漏引起的负压波会导致管道内压降低,进而引起管道环向应变减小。提出一种利用光纤光栅应变传感器测量管道环向应变,对管道泄漏进行无损监测的方法。利用准分布式安装在燃气管道模型主线以及支线上的光纤光栅应变传感器(fiber Bragg grating,简称FBG)进行多种泄漏工况模拟试验,包括不同位置泄漏、支线泄漏和模拟调泵。试验结果表明,光纤光栅应变传感器能够迅速准确地监测到管道的泄漏信号,这种基于环向应变监测的管道泄漏监测方法是可行的,具有很大的发展前景。

两种因素影响下套筒约束浆锚搭接接头拉伸试验

为改善已有套筒灌浆接头的施工便利性,提出了一种有自主知识产权的套筒约束浆锚搭接接头,研究了该搭接接头的连接性能,为其在装配式构件中应用提供力学数据.进行了以钢筋直径和搭接长度为变化参数的63个该类接头拉伸试验,研究了试件的破坏形态、极限承载力、力-位移曲线和钢筋及套筒的应变.试件出现了套筒外钢筋拉断和钢筋与灌浆料滑移两种破坏形态,未出现已有约束对接接头文献中的灌浆料与筒壁拉脱及套筒被拉断的破坏情况.与单根钢筋相比,该类接头力-位移曲线、极限承载力接近,刚度稍差.相同钢筋,套筒外钢筋拉断试件,随着搭接长度增加,套筒的横向约束减弱;钢筋滑移的试件,随着钢筋直径的增加,套筒的横向约束增强.分析了套筒约束浆锚搭接与对接接头受力机理,表明对接接头对套筒材料抗拉及筒壁与灌浆料的抗滑移性能要求更高.给出搭接接头的力学模型,提出了接头的平均搭接粘结应力和临界搭接长度的计算公式.由于套筒约束接头的搭接长度大大减小,建议该接头的搭接长度为12.5倍的钢筋直径.

双层管液压胀合的原理及力学分析

详细阐述双层管的液压胀合原理。根据对双层管分析的基本假设,研究双层管液压胀合过程中的受力状态。采用弹塑性理论,对双层管内管及外管的应力应变关系进行讨论,并利用内外管周向应变的变形协调条件,得出液压胀合的适用条件以及胀合液压力pi与残余接触压力p间的计算关联式。

不同搭接长度下套筒约束浆锚搭接接头力学试验研究

为改善已有灌浆套筒施工的便利性,提出了一种新型套筒约束浆锚搭接接头,研究了该接头的力学性能.进行了不同搭接长度下16个该搭接接头的拉伸试验,研究了接头的破坏形态、力-位移曲线、承载力、延性、钢筋应变、套筒环向应变等,并基于试验数据及平截面假定对套筒截面的内力进行分析,解释了随搭接长度变化套筒环向(拉、压)应变的变化过程.由于套筒的约束,接头的搭接长度大大减小;试验中套筒的偏转导致试件的刚度、延性小于对应钢筋的刚度、延性;搭接接头套筒中部拉力比对接接头小,对套筒材料抗拉性能要求低,搭接接头钢筋通过灌浆料传递到套筒上的剪应力比对接接头小,对套筒与灌浆料的界面粘结性能要求低.当套筒长度短时,钢筋与灌浆料间出现滑移,使得套筒中部钢筋的拉力变大,套筒与灌浆料合力为压力,反之,套筒与灌浆料合力为拉力;随着搭接长度的增加,加载过程中套筒中部近钢筋侧环向最大压应变增大;极限荷载时,随着搭接长度增加,套筒各测点环向拉应变总体呈降低的趋势.

钢筋套筒灌浆搭接连接的预制剪力墙抗震试验

为改善钢筋灌浆套筒连接的施工便利性,在已研发的内径大、施工方便的Ⅰ和Ⅲ型套筒灌浆搭接连接的基础上,进行了1片现浇剪力墙和2片纵筋采用Ⅰ与Ⅲ型套筒搭接连接的预制剪力墙拟静力试验.结果如下,现浇墙初始裂缝出现在墙底部,而预制墙由于套筒竖向约束,初始裂缝出现在套筒上方,预制墙开裂荷载大于现浇墙;在极限状态时,现浇墙两侧根部混凝土压碎,而预制墙套筒上方混凝土先压碎,后套筒外侧混凝土保护层局部脱落而破坏;预制墙开裂、屈服荷载、极限位移大于现浇墙,极限承载力与现浇墙的基本相同,但延性略差;由于套筒区域边缘构件箍筋及墙身水平钢筋的加密,预制墙的耗能略优于现浇墙;钢筋应变曲线一致性表明,Ⅰ和Ⅲ型套筒在预制混凝土剪力墙中能够很好地传递钢筋应力.

双层管液压胀合的判据准则及分析比较

双层管液压胀合的成形质量取决于胀合液压力的大小,因此准确确定胀合液压力的范围对胀合质量起着决定性的作用。文中通过对双层管液压胀合过程中五种情况的受力分析,讨论内管及外管的应力应变关系。利用内外管之间的变形协调条件,得出液压胀合的适用条件以及胀合液压力pi的工作范围。通过与已有文献的比较,得出的结论同时适用于内层管为薄壁管和厚壁管的情况。

埋地HDPE管道施工过程中装配应变分布规律的现场试验研究

现场测试数据表明HDPE双壁波纹管道在填土施工时会产生较大装配应力和应变。然而,目前关于HDPE管道服役期力学性能的研究和设计方法均忽略装配效应对管道力学特性的影响,高估了管道服役性能并带来安全隐患。通过现场试验,对管径600 mm HDPE双壁波纹管道填土施工过程中产生的径向挠度与管周环向应变进行实时监测;结果表明,管道施工填土产生的最大装配应变发生在管侧(与管轴线等深度的管壁处),而管顶和管侧挠度近似相等;管顶挠度与填土高度和最大管周环向应变之间均存在良好线性关系。通过有限元数值模拟分析并综合现场试验数据,提出了基于填土高度的管顶挠度预测公式和基于管顶挠度的最大管周环向应变预测公式,可以方便快捷地预测HDPE管道装配应变。通过对比报道的两个现场试验的实测数据验证所得公式,结果表明所得公式预测值与实测管顶挠度的误差范围为7%~13%,表明该公式可准确计算施工填土时HDPE管道的管顶挠度。

厚板局部镦粗圆孔翻边的数值模拟

通过分析厚板传统圆孔翻边的缺陷,提出了一种新的圆孔翻边工艺——局部镦粗翻边。采用Deform-3D软件对厚板传统圆孔翻边和局部镦粗圆孔翻边的成形过程进行了数值模拟,得出了翻边高度、孔缘处切向应变等的变化规律。模拟结果表明:厚板局部镦粗翻边较传统翻边的翻边高度明显提高;镦粗凸模尺寸以及下支撑板斜角对镦粗翻边有较大的影响。最后,对铝合金厚板的传统圆孔翻边和局部镦粗圆孔翻边工艺进行了验证。

复合箍筋约束高强混凝土应力应变性能

通过２６个约束混凝土试件（２００ｍｍ×２００ｍｍ×６００ｍｍ）的轴心受压试验，得到了约束混凝土应力应变全曲线。较详细地研究了复合箍筋对高强混凝土（Ｃ６０）强度和变形的影响，并与普通强度约束混凝土（Ｃ３０）进行了比较，主要考虑了箍筋直径、间距、形式和强度等影响因素。统计了高强约束混凝土峰值应力和峰值应变的计算公式。采用的应力应变曲线方程与实测曲线吻合较好。

基于光纤光栅应变传感器的油气管道腐蚀监测

基于光纤光栅传感技术的优良特性,提出了一种通过应用光纤光栅传感器测量管道环向应变来探测管道腐蚀的新方法,该方法采用了一种新型的FBG应变传感器,与传统的FBG传感器相比具有测量整个环向应变、延长传感器使用寿命、与管道外壁贴合紧密、无需破坏管道、可重复使用等优点。介绍了基于新型FBG应变传感器的监测管道腐蚀的原理,将FBG应变传感器分别安装在PVC管道和钢管道上进行了验证性的试验,并用SAP2000进行模型的数值模拟分析。结果表明FBG应变传感器可以准确地监测到管道环向应变的变化,对由于不同腐蚀程度引起的环向应变非常敏感,FBG应变传感器在管道腐蚀监测领域有着广阔的应用前景。

光纤布拉格光栅应变传感器炮口初速测试技术研究

在对光纤布拉格光栅应变传感原理分析的基础上,提出了一种易实用化的,能够实现武器弹丸炮口初速测试的方法,介绍了系统的基本组成,对光栅布拉格传感器弹丸炮口速度测试原理和方法进行了分析.和传统的测试方法比较,该测试方法能够实时连续测量火炮发射时每发弹丸的炮口初速,可以用于弹药可编程引信的实时装定,提高空爆弹药的杀伤力,也可以用于对火炮身管寿命的分析.

基于环向应变的多道次无芯模旋压变进给比成形方法

为提高无芯模旋压成形质量,引入变速成形技术,提出变进给比旋压成形方法.该方法的关键为获取与旋轮轨迹相适应的进给比设计方案,使成形时间与成形量相匹配,从而保证坯料充分成形.针对道次进给比设计,根据各道次平均环向应变量进行成形时间道次间分配,提出有利于提高形状精度的"匀速变形原则"和"终道次充分成形原则".针对道次内进给比设计,根据终道次局部环向应变分布情况进行成形时间道次内优化分配,并提出有利于抑制形状误差的"大环向应变充分成形原则".实验结果显示,在总成形时间不变的条件下,采用变进给比方法进行无芯模旋压成形可以将平均形状误差降低约47%,同时更好地保持坯料壁厚,防止坯料过度减薄.

轴压圆柱壳受径向扰动时非线性波的传播

以弹性圆柱壳受轴压作用下的静力平衡状态为参考构形,对其受径向扰动时非线性波的传播特征进行了研究.采用由环向对数应变描述的非线性应变-位移关系,建立了支配受轴压圆柱壳径向轴对称运动的非线性波动方程.借助约化摄动法(Reductive Perturbation Technique,RPT),由可解条件导出了非线性Sc¨hrodinger方程(Nonlinear Sch¨rodinger,NLS).采用行波法求解NLS方程,给出了周期波解及退化条件下的包络孤立子解.对亮孤子和暗孤子存在的条件分析表明:轴向压应力的取值对解的性质有重要影响.由Hirota提出的直接法得到了双孤子解的表达形式.

套筒约束两根钢筋浆锚搭接拉伸试验研究

为了改善预制构件钢筋连接的施工便利性及提高连接效率,提出两根钢筋套筒约束浆锚搭接接头,进行了12个以搭接长度为变化参数的Ⅱ型搭接接头、63个以搭接长度和钢筋直径为变化参数的Ⅲ型搭接接头的拉伸试验,研究了试件的破坏形态、极限承载力、力-位移曲线及钢筋和套筒的应变,提出搭接接头的平均黏接应力的计算公式.与单根钢筋的I型搭接接头的相同之处为:试件破坏形态有套筒外钢筋拉断及钢筋与灌浆料滑移两种,套筒端部环向拉应变大于套筒中部,套筒中部近钢筋处拉应变大于远钢筋处.直径相同的钢筋拉断试件,套筒中部远钢筋侧环向应变随搭接长度增加而减小;不同处:Ⅲ型接头椭圆型套筒对灌浆料的约束力小于Ⅰ型接头圆形套筒,造成Ⅲ型接头加载后期套筒外钢筋未表现出明显的屈服台阶,Ⅲ型接头钢筋滑移试件极限荷载时套筒中部远钢筋处环向应变未表现出Ⅰ型接头随直径d增大而增大的趋势,Ⅲ型接头的搭接长度较大.

高强PC钢棒约束箍筋混凝土柱受力性能试验

为考察高强约束箍筋对混凝土柱受力性能的有利影响,开展了24根PC钢棒螺旋箍筋柱和4根HPB235螺旋箍筋柱的轴压试验.试验结果表明:PC钢棒螺旋箍筋在轴压柱承载能力极限状态下的拉应力随混凝土强度、螺旋箍筋密度的增大而提高.结合本次试验数据,提出了轴压柱达到承载能力极限状态时螺旋箍筋拉应变与约束程度的关系式,进而提出PC钢棒螺旋箍筋轴压柱承载力计算公式.

FRP/塑料复合管道设计新方法——限定环向应变设计准则

根据FRP和塑料的不同技术性能特点,提出适用于FRP/塑料复合管道设计的限定环向应变设计准则。多年的工程实践表明,该设计方法简捷、可靠、实用性强,其安全系数取值更为准确、合理。

内压作用下壳体刚度对药柱强度的影响

在厚壁圆筒内、外压强作用下弹性应力解的基础上,利用三维问题的应力-应变关系,得到了厚壁圆筒内的应变和位移表达式;由圆管型药柱与复合材料壳体连接处的径向位移连续性条件,得到了内压作用下药柱与壳体之间的压强;讨论了该压强对药柱内应力和应变的影响,给出了药柱内的应力和应变表达式。结果表明,提高壳体圆筒的刚度或减小药柱的m数,可有效减小药柱内表面的环向应变。对低温服役的战术发动机,宜采用中强高模炭纤维制作壳体。

轴心受压下高强约束混凝土强度和变形的试验研究

通过26个约束混凝土试件(200×200×600mm)的轴心受压试验,得到了约束混凝土应力应变全曲线。较详细地研究了复合箍筋对高强混凝土(C60)强度和变形的影响,并与普通强度约束混凝土(C30)进行了比较,主要考虑了箍筋直径、间距、型式和强度等影响因素。统计了高强约束混凝土峰值应力和峰值应变的计算公式。采用的应力应变曲线方程与实测曲线吻合较好。

钢管混凝土轴压短柱界限套箍系数

基于统一强度理论,借助钢管混凝土轴压短柱极限承载力计算公式的推导,得出了极限状态时钢管和混凝土之间的侧压力,提出了界限套箍系数的概念,并给出界限套箍系数的计算公式,同时分析了不同套箍系数时钢管的三向应力和钢管混凝土短柱的轴压应力-应变曲线出现不同发展趋势的原因,且理论分析得出的结论与相关文献的试验结果一致,说明分析过程的合理性;最后对影响因素进行了分析,根据分析结果提出了实用建议,并发现相关参考文献的界限套箍系数为该研究结果的特例。