火灾下LYP160屈曲约束支撑抗震性能研究

为研究屈曲约束支撑(buckling-restrained brace,BRB)及其体系在高温工况的抗震性能,对BRB芯材低屈服点LYP160钢材分别进行了常温和高温材料力学性能试验.通过与试验结果比较,建立了BRB热-力耦合精细化有限元分析模型,验证了该模型的准确性;对火灾下LYP160屈曲约束支撑的温度场、滞回曲线、骨架曲线和耗能能力等性能进行了对比分析;对不同工况(3种火灾工况和常温工况)下8层配置屈曲约束支撑钢框架(BRB structure,BS)和原结构(original structure,OS)分别进行了弹塑性动力时程分析.研究结果表明:3种火灾工况下BS的平均层间位移角较于OS分别降低了30.4%、33.2%和42%;OS柱塑性铰损坏严重,且更多出现在柱上,BS整体损坏程度较OS轻,更为安全可靠.

LY160钢屈曲约束支撑框架抗震性能研究

屈曲约束支撑(BRB)因其性能优越已在工程中广泛应用,目前工程中使用的BRB芯材多为Q235B钢,为研究软钢BRB框架的受力性能,设计了一榀LY160钢BRB框架进行低周反复试验。试验结果表明:LY160钢BRB框架滞回曲线饱满,耗能系数高达1.54,等效黏滞阻尼达到了0.255。为了进一步研究LY160钢BRB框架结构体系抗震性能,分别运用ABAQUS与PERFORM-3D对框架试验进行模拟,并将两个模拟结果与试验结果进行对比,分析了两个软件模拟计算的优缺点,验证了数值模拟的准确性。在此基础上,采用PERFORM-3D建立6层BRB框架结构(BRBS)模型并与无控框架结构(UCS)模型以及普通支撑框架结构(NBS)模型进行对比,BRBS的层间位移角、层剪力最高可分别降低34.47%、31.29%,远超NBS的19.39%和17.31%,且BRBS的塑性耗能几乎全为BRB提供,很好地保护了主体结构,具有较为稳定、良好的抗震性能。

预制可更换人工塑性铰连接的非线性有限元分析

为提高装配式框架节点的抗震性能,基于仿生学设计,提出一种具有结构“保险丝”功能的可更换人工塑性铰连接构造,设计了9个不同参数的可更换人工塑性铰试件.利用Abaqus软件,对可更换人工塑性铰试件施加低周往复荷载,探究该构造的破坏模式、滞回性能、刚度退化等抗震特性.研究结果表明:可更换人工塑性铰构造的破坏位置主要集中于翼缘屈曲可更换连接板处,破坏模式为翼缘屈曲可更换连接板屈曲变形和抗剪耗能杆的剪切变形破坏;梁端弯矩-层间位移角的滞回曲线饱满,且有螺栓滑移现象,等效黏滞阻尼系数为0.30~0.45,延性系数为3.64~14.00,表现出良好的塑性变形和耗能能力.

激光诱导击穿光谱(LIBS)技术在低碳钢铁冶金行业的应用

激光诱导击穿光谱技术(Laser induced breakdown spectroscopy,简称LIBS)是一种基于激光等离子体的发射光谱技术,具有样品制备简单,分析迅速,多元素同时分析,现场在线和远程分析等独特优势,已在钢铁冶金领域取得了越来越广泛的应用与发展。综述了近年来LIBS技术在钢铁冶金领域的应用研究进展,从冶金生产的全流程进行介绍,包括矿石、熔融钢水/铁水、钢铁产品及炉渣和废气分析。同时,还总结了LIBS技术在钢铁冶金领域应用的优点和缺点,并对该技术的应用前景及未来发展方向进行展望。

一种求解线弹性问题的无闭锁低阶虚拟元方法

研究了二维区域上线弹性问题的低阶虚拟元方法.用不连续的分段线性向量值函数增扩低阶协调虚拟元空间来构造离散空间,设计了一种离散方法,证明了能量范数下的误差是最优收敛的,和Lamé常数λ无关.最后给出数值算例验证了理论结果.

柔性低频输电系统的故障分量特征及保护适用性分析

柔性低频输电系统由于运行频率的改变以及柔性低频换流站的控制机理,其故障特征以及对保护原理的影响较为复杂。为了分析故障分量保护原理在柔性低频输电系统中的适用性问题,基于柔性低频换流站的控制架构,建立了以故障限流为故障控制策略的双端型低频输电模型。计及该系统线路发生三相故障的控制特性,分析了不同情况下的低频故障分量阻抗特性,并推导出低频等值阻抗的量化计算式,进而从理论上分析其对传统故障分量保护元件的影响机理。最后,在PSCAD/EMTDC平台上搭建了双端低频输电测试模型对理论分析进行仿真验证。研究结果表明:柔性低频输电系统在一定故障条件下可造成故障分量保护范围缩小,甚至使得保护元件完全失效,研究结果对于低频系统继电保护研究的开展具有一定的参考作用。

超大面阵碲镉汞探测器低应力设计及有限元分析

随着碲镉汞材料和器件技术的不断发展,满足大视场、超高分辨率应用需求的超大阵列规模的红外探测器逐步投入工程应用,超大面阵探测器芯片的低温可靠性成为封装技术的重点研究内容。以某超大面阵碲镉汞混成芯片为研究对象,采用有限元仿真分析法研究了冷头材料体系、冷台外径、冷台的结构形式等因素对混成芯片低温应力和芯片光敏面低温变形的影响规律,最终优化设计出一套可满足超大面阵芯片低温可靠性要求的冷头结构和材料体系。仿真结果显示,该冷头体系硅电路低温下最大应力约为70 MPa,碲镉汞光敏区在低温下的变形约为30μm。仿真结果能满足工程应用可靠性要求的经验仿真阈值,有效改进了超大面阵红外探测器的高可靠小型化封装技术。

缝合增强PRSEUS构件低速冲击性能研究

PRSEUS结构作为针对翼身融合布局的典型结构单元,受载情况复杂。使用缝合技术将加筋结构与蒙皮一体化制备,提高了机身载荷传递能力,提高了PRSEUS结构整体一致性,能够充分发挥PRSEUS结构的承载效率。通过现有条件制备缝合PRSEUS构件,并开展低速冲击试验研究,发现缝合密度或是缝线细度的增加都可以提高试样的抗冲击性能,缝线细度增大带来的抗冲击性能提升相比缝合密度增大影响相对较小。PRSEUS结构的抗冲击性能对于缝合密度更加敏感。有限元分析结果表明,缝合试样的层间性能得到明显改善,损伤面积减小,证明缝合可以有效提高PRSEUS结构抗冲击性能。

火电厂锅炉水冷壁焊缝泄漏失效分析

某12Cr1MoV水冷壁对接焊缝中部出现周向裂纹导致泄漏失效,为调查泄漏失效原因,对焊缝进行了宏观检查、磁粉检测、硬度检验、金相分析、全元素分析和能谱分析,并建立模型分四个阶段讨论了水冷壁焊缝泄漏失效的原因。研究表明:焊缝中夹杂的S元素是焊缝泄漏失效的主要因素,收缩拉应力为偏析在晶界的低熔点共晶物提供了形成沿晶热裂纹的条件,氧气的介入造成热裂纹的局部氧化,实际运行的综合应力使氧化的沿晶热裂纹多点扩展、融合,形成宏观裂纹,最终导致焊缝泄漏失效。

成型钢筋混凝土柱抗震性能非线性有限元分析

成型钢筋是采用机械加工成型的钢筋制品,能有效提高钢筋加工质量与效率,降低加工成本,减少废料损耗,具有广阔的应用前景。目前,有关成型钢筋混凝土构件的研究主要集中在楼板和剪力墙方面,对柱的研究则相对较少。基于有限元软件ABAQUS,建立了成型钢筋混凝土柱的滞回分析模型。基于完成的3根成型钢筋混凝土柱抗震试验研究结果,验证了该模型合理性。在此基础上,开展了有限元参数分析,主要参数包括成型方式(穿箍、绕箍)、轴压比(0.2,0.4,0.6,0.8)、混凝土强度等级(C30,C40,C50,C60)、纵筋配筋率(0.78%,1.1%,1.5%,3.0%)、配箍率(0.45%,0.7%,1.0%)及箍筋构造(体积配箍率相同,双肢或三肢)等。分析结果表明:穿箍成型、绕箍成型和绑扎对比试件的承载力相近,相差≤5%;当轴压比从0.2增加到0.8时,试件的承载力提高22%,而延性系数下降42%;当纵筋配筋率从0.78%增加到1.5%时,试件的承载力提高31%,延性系数提高11%,而当配筋率从1.5%增加到3.1%时,试件的承载力提高39%,延性系数则降低52%;当纵筋配筋率从0.78%增加到1.5%时,双肢箍试件比三肢箍试件的延性系数高约20%,而当配筋率从1.5%增加到3.1%时,双肢箍试件的延性系数较三肢箍试件低约25%,这主要是由于在高配筋率情况下三肢箍对截面约束效果更好所致。

基于有限元数值模拟的直流电阻率激电找矿探测技术

为提高直流电阻率激电探测成果地质解释准确性,促进直流电阻率激电在找矿勘查中的应用,采用有限元数值模拟对直流电阻率激电探测中低阻高极化体、直立板状体、低阻盖层、高阻盖层、地表不均匀体、地形起伏及实测数据反演解释几个主要方面进行了对比分析。研究结果表明,对于实际勘查中的反演解释结果,根据异常特征构建地质体模型并进行有限元数值模拟,能快速判别探测目标体异常属性、区分虚假异常,提高定量解释水平及找矿勘查效率。研究结果为直流电阻率激电找矿探测定量解释提供了参考。

复合材料夹芯结构低速冲击性能研究

复合材料夹芯结构为电子设备与外层蒙皮提供了一体化设计的思路,可以大幅降低飞行器的结构重量。通过低速冲击试验和ABAQUS仿真研究了5 J和10 J冲击能量下某飞行器复合材料机翼蒙皮典型夹芯区域在低速冲击下的性能。随着冲击能量的增加,复合材料泡沫夹芯结构的能量吸收率由5 J的72.0%提升至10 J的76.0%。由仿真结果可知,当冲击能量达到10 J时,出现了纤维损伤,且损伤沿表层铺层角度扩展,基体压缩损伤主要出现在冲击正面,基体拉伸损伤主要出现在冲击背面,损伤随冲击能量的增加而变大。当冲击能量达到10 J时,上面板与泡沫芯体粘接处也产生了较大的损伤。

煤层气水平井扇形洞穴完井应力—渗透率演化机理

我国煤层渗透率低且地质条件复杂,采用常规油气储层改造的开发方式难度大、技术适应性差。近年来,基于应力释放的煤层气改造新方法“煤层气水平井水力喷射造穴”很好地解决了这一技术瓶颈问题,但是造穴卸压—增渗的作用机制及其主控地质因素尚不明晰。为此,考虑了煤岩层理和天然裂隙的影响,采用有限元—离散元耦合方法(Finite-Discrete Element Method,FDEM)建立了煤层气水平井扇形洞穴完井数值模型,探究了造穴后岩体的应力演化历程和储层的卸压—增渗机制,并对比分析了不同储层参数(孔隙压缩系数、储层强度、弱面强度和地应力场)对应力释放的影响规律。研究结果表明:(1)围岩演化过程为造穴后岩体收缩,储层发生应力重构,围岩强度逐渐降低,岩体内部发生新生裂隙萌生和原生裂隙扩展,形成开挖损伤区和应力释放区;(2)参数敏感性分析表明孔隙压缩系数是决定造穴完井储层适应性的关键,弱面强度、储层强度和地应力场分布决定了围岩的应力演化模式和裂缝扩展形态;(3)造穴卸压后储层增渗机制为穴周裂缝提升导流能力,储层应力释放提升基质渗透率。结论认为,模型首次综合考虑了地层特点、造穴过程和煤岩裂隙的影响,研究结果揭示了煤层造穴后的应力演化过程及其卸压、增渗作用机制,深化了对煤层气水平井洞穴完井增产机理的认识,对我国煤层储层改造具有重要的工程参考价值。

孔洞对疲劳裂纹扩展路径的影响

为了研究孔洞位置和尺寸对疲劳裂纹扩展路径的影响,利用ABAQUS有限元仿真软件建立改进CT试样的裂纹扩展仿真模型,采用扩展有限元法研究了在低周疲劳加载条件下Q235钢圆孔与裂纹尖端的角度、距离以及圆孔半径对裂纹扩展路径的影响,并通过引入裂纹偏转系数来定量描述不同参数对裂纹扩展路径偏转程度的影响。结果表明:当圆孔与裂纹尖端的夹角为45°时,裂纹偏转系数取得最大值;裂纹偏转系数随着孔洞半径的增加逐渐增大,随着圆孔与裂纹尖端距离的增大逐渐减小。

稀土元素对耐蚀钢腐蚀性能影响的研究综述

随着工业的不断发展,世界各国对钢材质量的要求也越来越高,如何提高钢材的耐蚀性,已成为目前的研究重点。耐蚀钢因其具有较强的抗腐蚀性能,广泛应用于土木建筑、汽车制造、造船等领域,为进一步提高耐蚀钢的耐腐蚀性能,通常在钢中添加稀土元素。文中综述了稀土元素对耐蚀钢的净化作用、对钢内夹杂物的影响、对钢材腐蚀性能及锈层影响的研究进展,为促进稀土元素在钢中的应用提供理论依据。稀土元素对耐蚀钢耐蚀性影响的具体机理和稀土元素在材料工程中的可持续发展是当前研究的重点。

成型钢筋混凝土T形梁抗震性能非线性有限元分析

成型钢筋采用钢筋集中加工与配送模式,具有生产效率高、质量稳定、经济性好等特点,是建筑工业化的重要环节。成型钢筋骨架和钢筋焊接网是2种常见的成型钢筋。针对腹板配置成型钢筋骨架、翼缘配置钢筋焊接网的混凝土T形梁,基于有限元软件ABAQUS建立了考虑成型钢筋构造的非线性有限元模型,有限元分析结果与完成的成型钢筋混凝土T形梁低周反复荷载试验结果吻合较好。在此基础上,研究了钢筋成型工艺(手工绑扎、绕箍成型、穿箍成型)、混凝土浇筑方式(现浇、叠合)、混凝土强度(C30,C40,C50)、纵筋配筋率(0.4%,0.6%,0.8%,1.2%)、配箍率(0.2%,0.4%,0.6%)对钢筋混凝土T形梁抗震性能的影响规律。结果表明:绕箍成型、穿箍成型钢筋叠合梁和手工绑扎钢筋现浇梁的荷载-位移曲线较相似,所有试件位移延性在4.4~5.2;相比于纵筋配筋率为0.4%的绕箍成型钢筋叠合梁,纵筋配筋率为0.6%~1.2%试件的正、反向抗弯承载力分别提高25%~93%,18%~48%,正向位移延性由4.3下降为4.2~4.0,反向位移延性由5.0下降为4.8~4.5;绕箍成型钢筋叠合梁与现浇梁的骨架曲线相近,叠合梁比现浇梁的正、反向抗弯承载力分别低6%和10%以内;混凝土强度和配箍率对绕箍成型钢筋混凝土梁的抗弯承载力和位移延性的影响在4%以内。总体上,成型钢筋混凝土T形梁具有较好的抗震性能,成型钢筋可作为传统手工绑扎钢筋的替代方案。

折叠特征的低频Helmholtz共振器的数值计算与实验研究

Helmholtz共振器可有效抑制共振频率处噪声。提出一种具备折叠特征的Helmholtz共振器。基于有限元分析,计算共振器在100至800 Hz频带内传输损失曲线,并根据传递函数法进行实验,验证数值计算的准确性。结果表明,在等体积条件下,具备折叠特征Helmholtz共振器有效频率更低,且在共振频率处传递损失达35 dB。使用响应面法对该共振器结构参数进行相关性分析,并获取结构参数对声学特征的影响。研究表明具备折叠特征的Helmholtz共振器能够有效降低共振频率,在低频降噪控制工程领域中具有广阔应用前景。

新型自愈式低压电容器研发及应用

介绍了新型自愈式低压电容器设计研发过程,详细叙述了此技术的主要特点及其在实际应用中对比传统同类型电容器的优越性。

基于机器学习KNN方法的星云湖表层沉积物氮、磷元素空间分布及驱动因素研究

通过测定星云湖23个表层沉积物中氮、磷元素含量,结合该湖泊不同时期的营养盐数据和机器学习K近邻(KNN)、反距离权重(IDW)、普通克里金(OK)及核平滑(KS)方法,分析表层沉积物中氮、磷元素含量的空间分布特征及各插值模型预测的精度,研究星云湖氮、磷浓度持续增加的影响因素,探讨机器学习KNN算法在湖泊表层沉积物氮、磷元素含量预测中的优势。结果表明:星云湖表层沉积物TN含量在0.56%~0.86%,平均值为0.71%;TP含量介于0.57%~0.91%,平均值为0.78%。4种算法模型插值预测的氮、磷元素空间分布具有一定的相似性,但在不同时期KNN算法的空间插值预测误差最小,拟合精度高于传统插值模型,并将其运用于已有的相关研究结果中,发现在氮、磷浓度相对较低时KNN模型的空间预测精度更高。研究表明,星云湖表层沉积物氮、磷元素浓度整体呈上升趋势,其不同时期和空间上的差异主要由流域内土地利用类型、农业面源及湖泊自然要素等影响。研究结果将为低纬高原湖泊表层沉积物营养盐空间预测及湖泊生态保护提供一定参考。

空间可展开天线铰链热变形分析与试验验证

在轨热变形是影响空间可展开天线精度的关键因素之一,因此,空间可展开天线结构的在轨热变形分析具有十分重要的意义。随着空间探测任务要求的不断提高,铰链热变形对空间可展开天线指向精度的影响已经不可忽略。以某空间可展开天线的根部铰链和臂间铰链为研究对象,建立其有限元模型,计算铰链主弯方向和侧弯方向在温度每变化10℃时相对角度的变化。基于高低温箱和电子经纬仪构建铰链精度测试系统,开展铰链热变形试验。试验结果表明:根部铰链和臂间铰链在主弯方向和侧弯方向呈现纯结构热变形特性,仿真结果与试验分析结果基本一致,验证有限元模型和试验分析方法的正确性。根据铰链主弯和侧弯方向角度相对变化,评估热变形对铰链变形的影响。该建模和试验分析方法可为同类型空间可展开天线设计、分析和优化及类似可展开机构精度影响因素的分析提供参考。