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。

基于遗传算法的水下全断面砂岩盾构隧道荷载反演分析

盾构隧道结构设计中,是否能够较为准确地得到作用在管片衬砌上的荷载十分关键;然而,现场实测实施较为困难,会受到环境和施工因素的影响,而荷载反演是一个较好的得到作用于衬砌上水土荷载的方法。依托佛莞城际铁路狮子洋隧道工程,提出适用于硬岩荷载模式的修正梁-弹簧模型,并结合修正模型对隧道水下全断面处于中风化泥质砂岩时进行荷载反演。比较遗传算法、现场实测和太沙基理论计算的荷载值以及由荷载计算出的内力值,反演得到的中风化泥质砂岩侧压力系数为0.38,基床系数为242.43 MPa/m。结果表明:(1)在该断面下,采用修正模型较为合适,且遗传算法得到的荷载能够较好拟合实测内力值;(2)作用在衬砌上的荷载主要为水压力,荷载计算应采用水土分算;(3)地勘报告中中风化泥质砂岩围岩参数偏小,实际取值可参考遗传算法反演值;(4)采用太沙基理论的荷载计算得到的弯矩值偏大,轴力值偏小,结果偏向保守。

混流式水轮机偏负荷工况内流场及压力脉动分析

为探究水光蓄互补联合发电系统中比转数混流式水轮机在偏负荷工况下机组内部流态变化和稳定性影响,在额定水头和最大水头下对国内某电站3种大开度工况采用SST k-ω湍流模型对机组进行稳态与瞬态数值计算和分析.结果表明:偏负荷工况下的转轮内部流态稳定,转轮出口与下环流道内出现流线紊乱区.尾水管内存在圆柱形的空腔涡带,涡带衍生于转轮泄水锥,并在尾水管内直锥段发展.混流式水轮机无叶区在偏负荷工况下的压力脉动主频为叶频,尾水管内部主要为幅值接近的低频脉动.研究结果揭示了水光蓄互补联合发电系统中混流式水轮机在偏负荷工况下的内部流场变化、尾水管涡带发展规律和机组压力脉动成因,为拓宽水轮机运行区间提供了建设性意见.

玻璃纤维增强柔性管组合荷载下极限状态分析

以玻璃纤维增强柔性管为研究对象,通过理论及有限元方法对其在内压拉伸组合荷载下的力学性能进行研究,最终得到其在组合和荷载的极限方程,该极限方程的计算结果与有限元算例结果高度吻合,证明了极限方程的可靠性,同时,该极限方程也为管道设计人员提供了可靠、简便、准确的内压拉伸组合荷载下极限状态校核。

基于ABAQUS的压力管道敷设方式对应力及变形影响研究

管道内压是影响管道应力的主要因素,而长输管道多采用架空、埋地、出入土等敷设方式以适应复杂地形,基于ABAQUS仿真软件建立3种敷设方式管道模型,研究管道不同位置、不同截面处的应力分布及变形特征随内压变化规律。结果表明:在内压作用下,架空管道等效应力最大值在管道与支撑接触附近,埋地管道等效应力最大值在埋地管管顶与管底处,出入土管道等效应力最大值在管道弯头内侧;架空管道呈现波浪变形,埋地管道在覆土压力作用下截面呈现椭圆形,出入土管道变形最大位置在“几”字形拐角处;管道轴向应力与环向应力比值与管道约束有关,约束管道比值为泊松比,非约束管道比值为0.5,该规律可用于确定管道高应力区域,减少非必要检测。

舱室内爆载荷燃烧增强效应试验及仿真研究

[目的]TNT炸药在密闭空间中发生爆炸时,其爆轰产物的燃烧效应不可忽视,为准确分析TNT炸药在密闭空间中的爆炸载荷,需要探究爆轰产物燃烧释放的能量与药量体积比的关系。[方法]首先开展5种不同质量的TNT分别在空气和氦气环境密闭空间中的爆炸试验,然后基于化学反应分析、能量守恒、等熵假设3种不同的方法计算5种不同药量体积比对应的爆轰产物燃烧能量,并基于有限元分析软件ANSYS/AUTODYN开展考虑燃烧效应的密闭空间内爆炸数值计算。[结果]准静态压力仿真结果与试验结果的对比表明:3种方法中,通过化学反应计算得到的燃烧能量理论值可作为上限值,能量守恒法的准确性依赖爆炸后混合气体的绝热指数,等熵假设法仿真值与试验值误差稳定在4%~7%之间;不同的燃烧能量释放历程会影响反射冲击波压力,但不改变最终的准静态压力。[结论]研究结果可为舰船抗爆结构设计及毁伤评估提供更精确的输入载荷。

含缺陷压力管道极限承载能力分析

提出一种含缺陷压力管道极限承载能力图像有限元分析方法,采用内压爆破实验进行验证。结果表明:重构模型与真实模型的几何结构参数最大误差不超过2.50%;数值模拟计算所得极限载荷与实验爆破压力的误差分别为0.559%、7.020%、5.710%,且数值计算结果略小于实验结果。

复合材料薄壁机匣热内压试验技术

针对航空发动机复合材料薄壁机匣的热气流压力载荷试验问题,研制了一种可满足370℃,1.34MPa的机匣热内压试验技术,并通过试验验证了技术的有效性。受试腔体由机匣试验件和所设计的试验装置合围成一套可以施加温度和压力载荷的被试腔体结构,能够有效解耦腔内压力对装置产生的轴向力,避免轴向力传递至机匣试验件。试验装置中的关键密封结构承载活塞密封采用FFKM全氟醚O型密封圈,可耐高温330℃。对承载活塞盘进行了一维简化热传导解析分析和三维热传导仿真分析,三维仿真结果相比一维简化解析解能够更准确的反应承载活塞盘的内部温度场。经试验验证,所研制的试验装置有效利用了结构传热的梯度降温性能和与环境的对流散热作用,突破了密封材料的适用温度局限,可以满足机匣件热内压试验密封要求。

某型高压冷却器结构的抗震特性研究

高压冷却器作为核主泵的辅助设备,主要作用是冷却注入水从而保证轴密封的安全运行。通常将其划分为质保一级、安全一级和抗震I类设备。为了保证其运行的安全性,在设计开发时需进行抗震分析。在所模拟的地震工况下,对高压冷却器本体结构的抗震特性进行了研究。计算了高压冷却器整体结构和内件结构模态,同时基于模态叠加法,对在地震载荷、不同组合加速度、内压等单一载荷作用下及其叠加下的内件结构应力和法兰处的约束反力及力矩进行了分析。结果表明,在研究地震对高压冷却器的影响时,无需对整体结构进行谱分析,只需要对内件结构进行谱分析,因此,通过对地震状态下的所有部件进行评定,表明高压冷却器结构的最大应力满足抗震要求,具备良好的抗震性能。

机身壁板内压剪切联合加载试验研究

机身壁板联合加载试验技术是飞机结构强度研究的重要内容,为揭示内压剪切联合载荷作用下机身壁板承力特性,采用D夹具模拟机身壁板边界条件,通过充气的方式施加内压载荷,通过扭转单闭室盒段的方式施加剪切载荷,并完成了内压试验、剪切试验和内压剪切联合试验。试验实测应力与理论结果吻合良好,试验显示内压剪切联合试验机身壁板蒙皮的应力水平和应力分布是内压试验和剪切试验机身壁板蒙皮应力水平和应力分布的叠加。但由于内压载荷作用下机身壁板外法线方向变形和剪切载荷作用下机身壁板内法线方向变形的叠加,导致内压剪切联合试验中蒙皮的实测应力与理论应力的误差较单独载荷试验的误差增大,应力分布精密度也变差。

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.