内压载荷对含缺陷管段复合材料修复效果影响研究

高含硫化氢油气管道长时间运行后,因管道环焊缝的缺陷导致管道失效的事件时常发生,通过含缺陷管道修复前与修复后的试验效果对比,分析影响修复效果的主要影响因素。试验结果表明,在管道极限内压工况下,含缺陷的环焊缝主要所受威胁主要表现为环向作用力,采用复合材料修复缺陷可增强管道的抗内压能力;修复后的管道抗屈服能力明显优于管体本身,可显著提高含缺陷环焊缝的屈服能力;管道的抗内压能力得到一定的提升。复合材料修复能在一定程度上提高管道的屈服强度及爆破压力,对于管道安全运行能起到一定的作用。

轻质高强异形管件充液压制成形技术

目的针对轻质高强异形管状构件的迫切需求,研发了充液压制成形技术,以在低载荷下成形出具有高强度、大尺寸、小圆角等特征的异形空心薄壁管状构件。方法给出了充液压制成形的力学原理,建立了成形过程压制力计算模型与临界支撑内压理论模型,分析了充液压制成形过程失稳屈曲/起皱规律、圆角充填机理与壁厚分布规律。结果当管材充液压制过程所需的支撑内压为内高压成形压力的1/10~1/20时,就可以避免管坯发生失稳屈曲与起皱,同时使压制力大幅降低。在弯曲与压缩应力复合作用下对管坯进行圆角充填,充液压制成形得到的管件壁厚减薄非常小。结论利用小吨位合模压力机在超低压条件下可以充液压制成形出具有小圆角与均匀壁厚的轻质高强异形管件,解决了传统内高压成形压力高、易发生开裂等难题。

高压水道钢筋混凝土夹心钢板衬砌研发与性能验证

针对高压水道中钢筋混凝土衬砌内水外渗以及钢板衬砌易于溃屈问题,研发了一种高压水道钢筋混凝土夹心钢板衬砌,主要由内层钢筋混凝土-钢板-外层钢筋混凝土组成。为验证新型衬砌性能,进行了高内外水交替作用下模型试验,研究衬砌变形受力及荷载分担变化情况。结果表明:外水压力作用下衬砌处于受压状态,各部分荷载分担比较为固定,钢板部分所受压应力仅为1.47 MPa,远低于临界应力20.25 MPa,失稳溃屈的风险极小;内水压力作用下衬砌处于受拉状态,随着内水压力的增加,内层混凝土会先于外层混凝土开裂,未开裂前衬砌各部分荷载分担比基本固定;开裂后混凝土部分分担荷载降低、钢板与围岩所分担荷载增加,钢板所受拉应力为28.01 MPa,远低于其极限强度。相较于传统衬砌,新型衬砌结构在高压水道环境下具有更优越的性能。

气肋式充气帐篷结构承载能力仿真分析

为分析不同充气内压对气肋式充气帐篷承载能力的影响,建立包含气肋拱、篷布、防风绳的大跨度拱形帐篷结构有限元模型,考虑气肋内气体和膜面的流-固耦合作用以及防风绳受力特性,在80 mm雪载荷和8级风载荷组合作用下求解帐篷结构的变形和应力结果,分析气肋式充气帐篷结构在风载荷和雪载荷组合作用下的承载性能,结果表明帐篷合适的充气内压为300 kPa。

250 km/h动车组气动载荷及动态气密特征的实车试验

为了对长期运行的现役列车车体疲劳及静强度提供载荷边界输入条件,并加强对车体气动载荷特性和车内压力舒适性的长期运用评估,采用实车试验的方法得到CRH5A型动车组线路气动载荷和频率特征及不同隧道运行工况下车内外压力波动和车内压力舒适性特征,结合实测数据和所提出的动态气密指数分析方法,计算整车动态气密指数。研究结果表明:在京沈客专沈阳—朝阳试验段,车体绝对气动压差变化范围为−2.53~0.71 kPa;车体外两侧压力无明显主频;间隔1 s和3 s的车内压力变化量最大值分别为294 Pa和383 Pa,尾车的车内压力波动最剧烈。列车通过黑山隧道、下窝堡隧道、扣莫明洞隧道、三棱山隧道4个典型长度隧道的整车动态气密性指数计算结果分别为10.46、12.13、11.06和14.40 s,对于同一列车而言,列车的动态气密指数未因所通过隧道长度的不同而有较明显的离散特征。

内压载荷下输氢复合柔性管力学性能研究

中国氢能产业正随着碳中和愿景的不断推进而快速发展,由于氢气在钢管中容易引发“氢脆”现象,使用钢管输送氢气存在较大挑战,纤维增强复合柔性管作为一种非金属管道在氢气输送领域备受关注,其结构设计及强度分析是产业化应用的瓶颈。为探讨内压工况下输氢复合柔性管的结构响应,考虑不同层材料的各向同性及各向异性,基于三维各向异性弹性力学,建立了纤维增强输氢复合管道在内压作用下的力学理论模型,并采用数学方法求解管道位移微分方程,进而获得了N层缠绕增强层输氢复合管道在内压作用下的应力应变解析解,计算结果与内压作用下13层输氢复合柔性管的数值计算结果相符。管道的环向应力最大值出现在防渗透层,输氢软管的增强层承担约70%的载荷作用,径向应力绝对值大小随距离管道截面中心点的距离增大而减小。提出的力学行为分析模型及求解方法为设计输氢复合柔性管提供了重要的理论支撑。

山墙疏透率对大跨度煤棚风荷载的影响研究

为解决在大跨度煤棚中,复杂气流和结构相互作用使得风荷载传递过程较为复杂问题,研究山墙疏透率对大跨度煤棚风荷载的影响。计算获得极值风压系数、整体风力系数以及风荷载体型系数,获取能够反映风荷载变化的关键参数。根据模拟试验结果可知,提高山墙疏透率,能够促进大跨度煤棚内外空气流通,实现气体的交换,使得煤棚风吸力得到有效降低。山墙疏透率增加,煤棚中内压更加影响风压分布,产生正值内压,但是当煤棚山墙处于背风风向角时,煤棚中形成负值内压,造成主体风荷载出现极大力矩。

长期负荷对双道微量注射泵的影响

目的探究长期负荷对双道微量注射泵的影响。方法回顾性分析2023年6—9月医院的92台双道微量注射泵的使用记录,按照使用方法不同分组,正常规范应用的双道微量注射泵为对照组,常超时及注射过量使用的双道微量注射泵为观察组,每组46台。比较两组流速精度准确性、压力传感器准确性、自动报警系统故障率及安全性。结果观察组流速精度准确性、压力传感器准确性低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);观察组自动报警系统故障率高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);观察组安全性低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论长期负荷会导致双道微量注射泵流速精度准确性、压力传感器准确性降低,自动报警系统故障率升高,进而降低使用安全性。

温度荷载作用下受约束凹陷管道受力研究

为研究凹陷缺陷对油气管道可能造成的本体损伤和安全隐患,采用ABAQUS软件建立温度荷载作用下受约束凹陷管道有限元模型,结合Ramberg-Osgood模型以及更符合实际的二段式应力-应变本构方程准确地模拟钢材非线性本构模型。文中探究了凹陷深度、管道内压以及温度荷载对管道运行内压作用下受约束凹陷管道的应力应变的影响规律。研究发现对受约束凹陷管道应力应变影响最显著的是凹陷深度,其次是管道内压,最后是温度荷载,为这类钢制管道设计提供参考。

海洋液压猫头内泄漏和负载效率试验研究

海洋液压猫头是钻机的基础配套部件,油缸内泄漏和负载效率是影响它安全高效运行的重要因素。为了研究以上两个参数,设计出带电子吊秤的试验装置。利用保压法测油缸中部230mm处的内泄漏,参照电子吊秤负载值来确认保压是否有效,再计算负载效率。通过以上方法对某海域8台液压猫头做试验研究,得到内泄漏试验值均低于标准值0.9MPa,内泄漏值合格;对负载效率值未达到0.88的4台液压猫头进行分部法分析,发现为活塞接头偏心和螺纹未拧紧所致。更换偏心的活塞接头并拧紧后,重复试验,均达到要求。液压猫头在2020年出厂后于海上正常生产运行。未来液压猫头须调整优化油缸密封:适当增加内泄漏标准以换取更大的负载效率;给动滑轮加导向装置,以稳定负载效率。研究结果表明利用该方法试验液压猫头内泄漏和负载效率,直观量化了性能指标及结果,可行有效,为同类型或相似类型的试验提供了参考。

加载路径对扭力梁内高压成形壁厚分布和精度的影响

为研究加载路径(内压力和轴向补料的匹配关系)对扭力梁内高压成形的影响,通过数值模拟和试验研究的方法,研究了不同加载路径对局部截面壁厚分布和管件成形精度的影响规律.研究发现:当补料初始压力过低时,在端部区域起皱;当补料初始压力过高时,补料全部集中在端部区域;当补料量过小时,壁厚改善不明显;补料量过大时,端部区域起皱.研究结果表明:初始压力为30 MPa,补料量15 mm时为合理加载路径,此时内高压成形件壁厚减薄较小,成形精度较高.

开孔大跨屋盖结构的内部风效应研究

结合广州航空邮件处理中心风洞试验,研究了开孔大跨屋盖结构的内部风效应.分析了风致平均内压和脉动内压的特性及产生机理,给出了估算平均内压和脉动内压的理论方法,并对典型工况的平均内压进行了验算,试验结果与理论分析吻合较好.采用有限元时程分析方法对大跨网架进行了动力计算,探讨了墙面开孔对屋盖风振响应的影响.结果表明,墙面开孔会大幅增加屋盖的静动力风荷载,以风压指标的增幅来考虑开孔效应更具现实意义.

内高压成形塑性屈曲分析

利用塑性稳定性分析理论研究了内高压成形工艺中出现的塑性屈曲失效力学行为。结果表明在一定的范围内 ,随着内压的增加 ,轴向临界屈曲载荷随着递增 ,为内高压成形工艺提供了理论保证 ;同时在不同的比例加载关系下 ,周向屈曲波数不尽相同 ,而且可能出现轴向临界屈曲载荷的“跳跃”现象 。

无黏结预应力环锚衬砌力学特性原位加载试验研究

新型无黏结环锚衬砌具备预应力损失低、薄弱区小、施工便捷等优势,但因结构复杂致使力学特性不明确,阻碍了其广泛应用。依托引松工程总干线压力隧洞,开展了首次预应力环锚衬砌大型原位加载试验,明确了内水压加载过程中衬砌预应力重分布特征,揭示了环锚拉力、钢筋应力以及锚固应力损失变化规律,并探讨了围岩和环锚衬砌联合承载作用。原位试验表明:环锚衬砌整体预应力分布均匀,高效地利用了锚索高强抗拉性和混凝土抗压性,常规钢筋作用极小,因而整体可不配筋或仅构造配筋;锚具槽背后混凝土预应力稍薄弱,是高内水压作用下结构潜在破坏区域,但内水加载过程中衬砌环向、纵向预应力值趋于一致,将有效减缓预应力薄弱部位开裂倾向;环锚衬砌具备优越的抗拉和抗渗性能,可不依赖于围岩条件而独立承载,也可利用围岩部分承载以降低预应力设计值或增加结构安全裕度,它能为覆盖层薄、地质条件差且内水压力高的大直径压力隧洞长期存在的支护难问题,提供解决新途径。

内埋弹舱舱门气动特性研究

在高速风洞中对内埋弹舱舱门气动特性进行了试验研究,给出了马赫数等于0.6时的静/动态试验结果。静态试验结果表明:舱门表面存在较强的气动噪声,其前缘附近的声压级与舱底最大声压级量值相当;舱门气动载荷随舱门开启角度变化剧烈,δ≈30°时舱门气动载荷最大。动态试验结果表明:舱门开启/关闭过程中的气动载荷随St数变化明显;舱门开启与关闭过程中的气动载荷存在显著差异。

复杂载荷下管道三通的塑性极限载荷

目前对于管道三通在内压和弯矩联合作用下的塑性极限载荷累积规律有三种不同的观点 ,即线性方程累积、抛物线方程累积和圆方程累积模式。文中采用非线性有限元方法分析内压与弯矩联合作用下 (包括面内弯矩和面外弯矩两种形式 )管道三通的塑性极限载荷 ,结果表明其累积形式基本上介于抛物线方程和圆方程之间 ,并且与结构几何参量有关。最后在数值分析的基础上提出复杂情况下考虑几何因素的三通塑性极限载荷工程估算式 ,并用试验结果进行验证。

内压及扭矩载荷下无缺陷弯管的塑性极限载荷

弯管在管线中通常是承受应力较大的元件 ,极限载荷相应较低。为充分发挥结构的塑性极限承载能力 ,对弯管的塑性极限载荷进行理论分析 ,利用vonMises屈服准则 ,推导出内压和扭矩联合载荷作用下等厚弯管、非均匀壁厚椭圆弯管的塑性极限压力。

圆筒装置内爆炸压力载荷特性实验研究

为了研究密闭环境压力载荷波形特征和分布规律,开展了长径比2∶1圆筒装置的TNT装药内爆炸实验,获取了圆筒壁面、端盖板表面的压力载荷数据,结合仿真计算结果,研究了圆筒壁面、端盖板上压力载荷波形特征和形成机理,建立了压力载荷峰值的表征模型,并开展了模型验证。结果表明,圆筒壁面与盖板压力载荷波形不完全相同,壁面压力载荷按照爆心距由近到远,从显著的单波峰向多峰值变化,在近场区域压力载荷衰减特性与一定炸高自由地面冲击波类似;盖板上压力载荷呈多波峰特点,中心区域压力载荷最大峰值大于首峰值的3倍,角隅区域大于首峰值6倍;圆筒壁面上的压力载荷最大峰呈现凹型分布规律。该研究结果可为密闭环境内爆载荷的特性分析和结构毁伤评估提供参考。

地铁车辆空气弹簧气压负载特性的分析与实验

针对目前地铁车辆称质量过程中检测的车辆质量与实际载质量存在较大误差的问题,通过对地铁车辆称质量过程进行分析,分别推导了空气弹簧的静态、动态气压-负载关系式,其中动态气压-负载曲线考虑了空气弹簧工作过程中的充、排气过程。以北京地铁大兴线4号线065车体为例,分别采用静态和动态气压-负载特性曲线对车体质量进行计算,通过与真实车体质量对比,表明本文推导的动态气压-负载特性曲线更加接近于实际情况,可以大幅减小地铁车辆称质量误差。

内压下挤压三通的塑性极限载荷研究

报道了 14个国产工业挤压三通在内压下的塑性极限载荷试验结果 ,其中 2个为不锈钢其余12个为碳钢材料制造 ,8个无缺陷 ,6个分别含有腹部和肩部裂纹。文中首先对挤压成型三通的典型变截面尺寸特征进行了详细描述 ,然后研究了无缺陷和含裂纹三通的破坏过程及失效特征 ,总结了无缺陷三通的塑性极限载荷随结构尺寸变化的规律及裂纹对极限载荷的削弱规律。最后 。