Strength Analysis of Steam Turbine Diaphragm with a Crack

The diaphragm of steam turbine is one of the main parts of the passage unit for air flowing and the diaphragm of steam turbine is generally made by welding, but during the course of welding, some cracks often have happened, these cracks threaten safety production on the spot, so it is necessary to analyze the strength of steam turbine diaphragm with a crack. For studying its working condition and performance with a crack, the three-dimensional finite element model （FEM） with the software ANSYS 10.0 is established according to the actual working parameters. With the model, the deformation results and stress field results are analyzed and the maximum displacement and stress value are calculated, meanwhile, the maximum stress change with crack depth of steam turbine diaphragm is analyzed. It provides a good foundation for solving the problem in production.

Fe-SMA主动加固钢桥面横隔板弧形切口疲劳裂纹实桥应用研究

为确定铁基形状记忆合金(Fe-SMA)主动加固正交异性钢桥面板横隔板弧形切口疲劳裂纹的可行性,以某在役钢箱梁斜拉桥为背景进行实桥加固研究。根据现场横隔板弧形切口的开裂特征,在对裂纹钻孔止裂的基础上,提出利用Fe-SMA材料对横隔板弧形切口裂纹进行粘贴加固的方案,并进行加固施工。通过现场测试得到Fe-SMA板条热激活过程的应变和温度变化,分析Fe-SMA板条和钢板之间的相互作用及加固机理。结果表明:粘贴Fe-SMA板利用Fe-SMA热驱动形状记忆效应可有效便捷地为结构施加预压应力,实现对受损部位的主动加固;经过Fe-SMA联合止裂孔修复后,热驱动作用下的Fe-SMA可以产生200~240 MPa的预拉应力,并在钢板止裂孔边缘施加43~90 MPa的压应力,可有效阻止裂纹进一步扩展;加固体系在加热激活过程完好可靠,当控制一侧加热区域中部温度为200℃时,热传导作用下非加热区域中部的温度为60℃以下,而背面总体温度基本在90℃以下。

钢箱梁桁架式纵隔板疲劳开裂弹性阻尼支撑处治技术

针对钢箱梁桁架式纵隔板中出现的早发性、多发性、再发性疲劳开裂病害,分析桁架式纵隔板病害原因,基于能量法,提出将端部刚接斜腹杆变为端部铰接的弹性阻尼支撑处治技术。研制弹性阻尼支撑装置(Elastic-Damping Support Device,EDSD),将斜腹杆局部切除并安装EDSD,通过EDSD中设置的弹性阻尼单元耗散外部荷载输入结构的大部分能量,保障结构在长期车辆荷载等作用下的安全性和正常使用性能。结合某斜拉桥钢箱梁桁架式纵隔板疲劳开裂处治需求,开展了该处治技术实桥应用,并对其进行有限元分析及实桥监测。结果表明:钢箱梁内斜腹杆局部改造安装EDSD后可大幅降低斜腹杆应力水平,有效降低斜腹杆疲劳易损部位开裂风险,增加疲劳寿命;安装EDSD的斜腹杆上的既有裂缝均无扩展。

大跨连续梁桥横隔板裂缝统计及成因分析

以某大跨径混凝土连续梁桥为工程背景,探究其跨中横隔板裂缝成因。对跨中横隔板中已产生的裂缝进行了检测并统计。应用ABAQUS建立了单跨实体模型对多种因素影响情况进行了分析,并基于现场实测数据及规范加载温度荷载,结合裂缝检测情况分析了跨中横隔板裂缝形成的主要影响因素。结果表明:跨中横隔板混凝土在浇注后自身水化收缩过程中会产生较多的裂缝,浇注后至混凝土龄期14 d时,跨中横隔板由人洞两侧开始出现裂缝,随着龄期增加裂缝数量增多并逐渐向人洞及顶板方向扩展,至龄期14 d时已基本形成裂缝与扩展;龄期28 d时,裂缝略有扩展,总体分布与龄期14 d基本相同;跨中横隔板在3种温度加载作用下开裂情况不同,顶板温升产生的裂缝主要由人洞延伸至顶板,整体温降产生的裂缝主要位于人洞与腹板之间,整体沿竖向扩展,整体温升产生的裂缝主要位于顶板以及人洞附近;车辆偏载作用下跨中横隔板产生的局部最大拉应力为2.18 MPa,不足以促使横隔板开裂,但在和其他因素共同作用下,会使横隔板在已产生微裂缝的情况下导致裂缝扩展,扩展方向与水平方向夹角大约为45°。有限元模拟裂缝扩展趋势与实际检测情况基本一致,研究成果可为类似工程设计和施工提供参考。

两墙合一地下连续墙防水设计和施工关键技术

两墙合一地下连续墙可以节省大量临时支护结构,常被应用于超深地下结构中。因其同时作为临时围护结构与永久地下室外墙,需同时满足施工阶段和正常使用阶段防水抗渗及耐久性的要求。本研究结合具体工程实例分析,介绍了在设计两墙合一连续墙时对裂缝宽度的辩证分析与处理措施,论述了其在设计和施工中需重点考虑的防水抗渗措施,可为类似工程设计和施工提供经济性与合理性等借鉴。

基于扩展有限元法的钢桥面横隔板弧形切口疲劳裂纹扩展特性研究

为了解正变异性钢桥面板横隔板弧形切口疲劳开裂的规律,以某跨径350 m的独塔单跨钢箱梁自锚式悬索桥为背景,基于扩展有限元法建立纵肋-横隔板弧形切口多尺度裂纹扩展数值模型,求解弧形切口在轮载作用下的应力强度因子,分析轮载-热残余应力耦合作用下的疲劳裂纹扩展形态和特性。结果表明:当顺桥向车轮作用于弧形切口正上方时,应力强度因子急剧增大,基于该响应曲线可以识别疲劳荷载模型的轴组,但无法识别轴组内的单轴。弧形切口切向热残余拉应力峰值达到341.1 MPa,使得轮载作用下的压应力幅转换为拉应力幅,裂纹扩展方向与实桥疲劳裂纹的扩展形态基本吻合。由于弧形切口处于复杂的三维变形状态,以面内变形为主,因而弧形切口为Ⅰ型断裂主导的Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型复合裂纹扩展模式,裂纹扩展速率与应力强度因子幅均随着裂纹扩展呈现出先增大后减小的趋势。

弹性阻尼支撑装置设计及性能试验

为克服两端刚接的大跨度钢箱梁桁架式纵隔板斜腹杆疲劳性能不足,提出一种弹性阻尼支撑装置(Elastic-damping Support Device, EDSD)。其主要原理是将已开裂斜腹杆局部切除后安装EDSD,通过端部铰接消除斜腹杆次内力,通过阻尼元件耗散斜腹杆在荷载作用下的伸缩变形能量,通过弹性元件控制桥面板竖向变形量,实现外载输入能量的合理分配。在大跨度斜拉桥正交异性钢箱梁运营期,经合理设计的EDSD可以有效消除其桁架式纵隔板斜腹杆端部疲劳裂损病害的发生。为探明EDSD的静力特征和滞回性能,制作了3个试件进行静动载试验研究。结果表明:(1)EDSD的刚度在静载加载时呈线性,约为206 kN/mm;而卸载时呈非线性,且刚度先大后小。卸载刚度值变化拐点出现在位移量±1.3 mm处,变化前后的刚度值分别约为508 kN/mm和90 kN/mm。(2)EDSD是一种与加载速率无关的非线性位移型阻尼支撑装置。(3)动载试验中随着位移幅值的增加,EDSD单位循环耗能以二次多项式规律不断增大,等效刚度以乘幂规律不断减小,等效阻尼比线形增大。(4)50 000个加载循环后的EDSD单位循环耗能比初始值下降了8%,等效刚度比初始值下降了8%,等效阻尼比基本保持不变。工程实践表明,研制的EDSD装置可有效增加纵隔板疲劳寿命,施工及维护便捷,桥梁全生命周期内的运维综合成本约为现有技术的70%。

某斜拉桥钢箱梁横隔板裂缝分析与加固方法研究

某斜拉桥为主跨310m的重载钢—混凝土混合梁独塔斜拉桥。经过多年运行,该桥钢箱梁横隔板出现了大量裂缝,为提高桥梁的安全性,对其钢箱梁横隔板裂缝成因进行研究。采用MIDAS软件建立钢箱梁节段有限元模型,对55t重车后轴分别在中间车道和边车道加载时横隔板的应力进行分析,分析结果表明:钢箱梁横隔板产生裂缝的主要原因在于其上的预留人孔过大致使U肋开孔处的应力幅过高,超出结构的疲劳强度,造成了疲劳开裂。据此提出了在人孔处设置桁架结构的加固方法来改善结构受力和抗疲劳性能,并对桁架的布置方案和横断面形式进行了优化比选,得到了较优的加固方案。实践证明加固方案实施效果良好。

钢箱梁横隔板疲劳裂纹特征与实桥试验的轮载应力

弧形切口处横隔板母材开裂是正交异性桥面板钢箱梁常见的疲劳病害。因研究方法的局限性,对其疲劳机理尚缺乏公认的认识。对此,考察并给出了两个背景工程的横隔板疲劳裂纹特征;针对无裂纹横隔板,进行了现场多种纵横向移动布载工况的轮载试验及相应的FEA计算,给出了结果及其规律。研究表明:(1)横隔板母材开裂常出现在远离U肋的上起弧点附近;开裂后,裂纹两侧的横隔板常有平面外的错动;(2)远离U肋的上起弧点附近横隔板的轮载应力始终为压应力,且应力绝对值最大;与U肋交界附近横隔板的轮载应力始终为拉应力,应力值次之;(3)横隔板平面外弯曲变形引起的应力相对膜应力很小,特别是弧形切口周边的潜在起裂处,两表面应力差几乎为0;(4)横隔板母材起裂处的压应力方向与裂纹方向几乎垂直;(5)顶板厚16mm、U肋厚10mm的背景工程,紧邻横隔板的U肋轮载应力不超过22MPa,应力幅小,几乎无疲劳开裂风险;(6)弧形切口周边轮载应力的最不利纵向加载位置为纵向距该横隔板约1倍的U肋间距;稍远处轮载应力的最不利纵向加载位置为其正上方。

横隔板开裂条件下装配式T梁桥的面外形变效应

为探讨汽车偏心加载条件下装配式预应力混凝土简支T梁桥横隔板开裂对腹板面外形变效应的影响,以交通部2008年桥梁通用图中30 m混凝土T梁为工程背景,利用实体有限元模型对比分析了裂缝长度改变情况下腹板最大拉应力、腹板两侧最大绝对应力差、T梁横向变形和中性轴最大应力。通过分析发现:汽车荷载作用下装配式混凝土T梁桥腹板在发生面内竖向弯曲的同时,还存在着面外横向弯曲变形,T梁腹板面外横向变形会产生横向弯矩、减小T梁受压区高度,远离偏载一侧的T梁面外形变效应更为显著;横隔板的开裂会在一定程度生同时增大T梁面内、面外变形和腹板拉应力幅值,但当裂缝长度超过30 cm后梁体面外变形效应变化不再明显。

C12-3.43/0.981型汽轮机末级叶轮和隔板径向裂纹原因分析

介绍了某热电厂C12-3.43/0.981型汽轮机末级叶轮和末级隔板径向裂纹的检查情况,并对裂纹产生的原因进行了分析。分析认为,裂纹的产生是由于设计、制造、安装及运行等原因造成末级叶轮、隔板间隙不当,导致叶轮、隔板发生碰磨而产生高温和较大的径向应力所致。

地铁车站地下连续墙裂缝控制标准的优化探讨

通过对上海软土地区的几个地铁车站深基坑工程的地下连续墙的弯矩和钢筋应力进行跟踪分析,得到了这些基坑地下连续墙所受弯矩的包络图,并与地下连续墙能承受的弯矩极值进行对比,得到深基坑工程地下连续墙的弯矩承载能力还有一定的发挥余地。分析了导致设计中地下连续墙配筋偏大的原因主要是由于最大裂缝宽度wlim=0.2mm引起的,若将地下连续墙的最大裂缝宽度放宽至wlim=0.3mm,则在可以满足深基坑工程地下连续墙的弯矩承载能力的同时,也可大大地降低地下连续墙的配筋,减少工程投资,达到充分利用建设资金的目的。

横向荷载作用下RC多T梁上部结构的受力性能

基于实体退化壳单元理论,采用分层单元模拟了混凝土和构造钢筋,采用组合单元模拟了受力纵筋;并利用弥散裂缝模型、关联流动法则和Madrid强化准则等来描述了混凝土的材料非线性,推导了非线性薄壁壳单元的统一单元模式,研究了横向荷载作用下RC多T梁上部结构的裂缝发展和钢筋屈服等性能。结果表明,RC多T梁的主梁先于横隔板开裂,与偏载加载或中载加载的加载方式无关;横隔板开裂削弱整体横向联系,使主梁协同受力性能减弱,受载较大的主梁荷载横向分布系数略趋于不利变化;偏载加载至结构破坏时,部分主梁的纵向受力钢筋已进入塑性阶段,而中载加载至结构破坏时,所有主梁的纵向受力钢筋均进入塑性阶段。所得结论为多T梁设计提供参考。

基于裂缝控制限值的地下连续墙弯矩分析

推导了由裂缝控制限值反算地下连续墙弯矩的计算方法。结合工程实例就裂缝控制限值取0.2或0.3时对地下连续墙的配筋率、极限弯矩以及荷载短期效应弯矩的影响关系进行了详细的讨论,得出按照裂缝控制限值进行地下连续墙设计,不但可以满足裂缝控制要求与极限承载力要求,而且可以优化配筋率的结论。

地铁车站深基坑地下连续墙优化设计研究

通过对上海软土地区几个地铁车站深基坑工程中地下连续墙弯矩和钢筋应力的跟踪监测,得到了这些基坑地下连续墙所受弯矩的包络图,并与地下连续墙能承受的弯矩极值进行对比,得到深基坑工程地下连续墙的弯矩承载能力尚有一定的发挥余地。分析了导致设计中地下连续墙配筋偏大主要是由于最大裂缝宽度控制值wlim=0.2mm引起的,若将地下连续墙的最大裂缝宽度放宽至wlim=0.3mm,则可以在满足深基坑工程地下连续墙的弯矩承载能力的同时,大大降低地下连续墙的配筋,减少工程投资,达到充分利用建设资金的目的。

脉冲发动机中金属膜片式隔舱动态破坏过程研究

为了实现固体火箭发动机的多脉冲启动功能,设计了一种金属膜片式隔舱(PSD)结构,利用断裂力学理论和圆板大挠度理论建立了金属膜片的设计公式,根据燃烧室的使用要求确定了打开压强为2.2 MPa的金属膜片尺寸,利用脆性断裂模型模拟了膜片的破坏过程,得到其打开压强为2.15 MPa,有限元数值计算结果与公式计算结果符合较好。设计了金属膜片打开破坏的单项试验,5次试验平均打开压强为2.10 MPa,数值模拟的破坏形式与试验结果一致。通过区间估计,计算了膜片真实平均打开压强置信度为90%的置信区间为[1.90 MPa,2.30 MPa],该范围可以较好满足脉冲发动机的使用要求。

正交异性钢桥面板纵肋与横隔板的主导开裂模式研究

为给正交异性钢桥面板纵肋与横隔板交叉构造细节的正交异性抗疲劳设计提供理论依据,以某大桥正交异性钢桥面板设计方案为背景,建立包含纵肋与横隔板交叉构造细节的正交异性钢桥面板有限元模型,分析关键结构设计参数对该构造细节各开裂模式应力幅的影响,以及该构造细节主导开裂模式的迁移机制。结果表明:纵肋与横隔板交叉构造细节各开裂模式的纵向应力影响线主要分布在关注部位相邻跨范围内,横向应力影响线主要分布在关注部位相邻2个纵肋范围内;顶板厚度对各开裂模式应力幅影响较小,不会使主导开裂模式迁移;横隔板厚度和间距对各开裂模式应力幅影响程度的差异显著,随着横隔板厚度和间距的增加,该构造细节的主导开裂模式发生迁移。

汽轮机低压缸隔板裂纹的补焊修复措施

某电厂#2汽轮机在大修时发现,低压缸第6级隔板存在1条长约35 mm的表面裂纹,直接影响了机组的安全运行。对隔板材料进行综合分析后,决定采用冷焊法对该缺陷进行挖磨和补焊。介绍了补焊工艺、准备工作、防范措施及检验手段。隔板补焊后经过一个大修周期的运行,补焊部位未出现新的缺陷,证明采用该补焊工艺完全能够保证补焊后的隔板安全运行。

隔膜式压缩机膜片开裂失效分析

为分析乙烯装置隔膜式压缩机膜片开裂的原因,对膜片进行了失效分析。结果表明,膜片失效性质为机械疲劳。膜片表面产生微裂纹是应力腐蚀和疲劳作用的结果,膜片表面的污垢是应力腐蚀的介质因素。采取将膜片清洗干净和控制预紧力等措施,有效延长了压缩机膜片的使用寿命。

纵肋与横隔板交叉构造细节穿透型疲劳裂纹扩展特性及其加固方法研究

纵肋与横隔板交叉构造细节是正交异性钢桥面板最易发生疲劳开裂的构造细节,通过建立有限元数值模型,采用断裂力学方法,研究栓接角钢加固方式对该处疲劳易损细节穿透型裂纹的加固效果。基于疲劳试验足尺节段模型相对应有限元模型,建立了纵肋与横隔板焊接处穿透型疲劳裂纹模型,针对栓接角钢和纵肋外侧栓接钢板两种加固技术的加固效果进行评估。研究结果表明:钢桥面板纵肋与横隔板交叉构造细节的疲劳裂纹扩展至一定长度后将发展成穿透型裂纹,裂纹面受力复杂,纵肋腹板内外侧疲劳裂纹扩展特性表现的不一样,但是随着裂纹扩展的逐步进行,裂纹尖端的开裂模式均以复合型开裂为主;栓接角钢加固方式主要抑制纵肋与横隔板交叉构造细节易损部位疲劳裂纹的I型开裂,因此能很好地抑制短裂纹的扩展,但对于该细节处以复合形式扩展的穿透型疲劳裂纹的加固效果并不显著;在纵肋外侧栓接半U形钢板的加固方法能有效改善穿透型疲劳裂纹的等效应力强度因子,并且加固之后均保持在裂纹扩展阈值以下,表明该加固方式对穿透型疲劳裂纹有良好加固效果。