圆形截面钢管混凝土受弯构件塑性发展系数的双因素计算模型研究

为了综合考虑截面几何和材料特性对圆形截面钢管混凝土(CFST)受弯构件抗弯强度的影响,选择截面厚径比和材料强度比作为自变量,研究建立了圆CFST受弯构件截面塑性发展系数的二元函数计算表达,并建立了截面抗弯强度计算模型。首先在确定厚径比和强度比取值范围的基础上,设计1 656个圆CFST受弯构件的数值模型,利用纤维模型法计算确定每个构件的截面抗弯强度和塑性发展系数。然后选择截面钢管壁厚与外径之比、钢管强度与核心混凝土强度之比作为自变量,通过回归分析建立圆CFST构件的截面塑性发展系数的二元函数表达式,据此提出了圆CFST构件截面抗弯强度的计算模型。最后通过与试验数据、现行设计规范和研究文献中不同计算模型进行对比分析,验证了建立的圆形截面钢管混凝土受弯构件的截面塑性发展系数和抗弯强度计算模型具有更高的精度和适用性。

矩形CFST受弯构件的塑性发展系数多因素模型及强度计算

矩形钢管对核心混凝土的约束效应有其特殊性,准确预测受弯构件截面塑性发展能力可有效保证构件的承载安全。为提高矩形钢管混凝土受弯构件截面强度的计算精度,在套箍系数的基础上进一步考虑高宽比和含钢率的影响,建立塑性发展系数多因素模型和抗弯强度改进模型。首先,基于钢管混凝土统一理论,研究矩形钢管混凝土受弯构件塑性发展系数的变化规律,并与当前规范计算公式进行对比;然后,结合规范和工程需求构造2 160个矩形钢管混凝土受弯数值模拟构件,利用改进的本构关系和构件失效判据开展纤维模型法精细分析,研究宽厚比、高宽比、含钢率、强度比对塑性发展系数的影响,确定高宽比和含钢率为塑性发展系数的主要影响因素,通过回归分析拟合与高宽比和含钢率相关的函数表达式,由此建立矩形钢管混凝土塑性发展系数多因素模型和抗弯强度改进模型;最后,利用搜集到的128组试验数据,将抗弯强度改进模型与国内外主要设计规范进行对比验证。结果表明,建立的塑性发展系数多因素模型克服了现行规范中计算模型精确性不足的缺陷,能够更加准确地反映矩形钢管混凝土受弯构件的塑性发展能力;建立的矩形钢管混凝土受弯构件抗弯强度改进模型求解的极限承载力与试验值比值的均值为0.971,均方根误差为0.118,吻合良好,具有更高的计算精度。

三维自由弯曲过程中临界偏距对管材成形精度影响

三维自由弯曲成形过程中弯管处于少约束状态,弯管弯曲半径的大小及轴线形状取决于相应的弯曲模偏距值。为了准确成形出预设弯管的形状,提高弯管的自由弯曲成形精度,基于弯曲模临界偏距Ue建立了弯曲模偏距U和弯管弯曲半径R(U-R)关系数学模型。采用有限元模拟与实验相结合的方法,研究了不同摩擦系数及材料参数条件下临界偏距的演化规律及其对弯管成形精度的影响。研究结果表明:引入临界偏距的U-R关系拟合结果更加符合实验结果。随着摩擦系数的增加,弯管塑性变形程度增加,临界偏距的数值降低,弯管弯曲半径减小。相比于SS304不锈钢弯管,相同工艺参数下6061铝合金弯管的弯曲半径增大,临界偏距降低。

ABAQUS软件分析测井用金属连续毛细管塑性变形

针对金属连续毛细管因在测井绞车滚筒上的弯曲行为而产生塑性变形对性能的影响,采用有限元软件ABAQUS分析不同弯曲半径时金属连续毛细管产生的塑性变形和疲劳寿命。结果表明:金属连续毛细管在弯曲过程中的塑性变形随着中性层向外逐渐增大;当弯曲半径由75 mm增加至150 mm时,随着弯曲半径的增加,金属连续毛细管的塑性变形逐渐增大,等效塑性应变由3.5×10^(-2)减小至1.46×10^(-2),并且使用寿命逐渐趋于平缓,循环次数由25 000增加到398 107。

薄壁管纯弯曲塑性成形分析及回弹计算

回弹是薄壁管数控弯曲常见的质量缺陷。文章基于薄壁管弯曲变形微体受力分析,建立了薄壁管圆周方向上力的平衡微分方程和切向应力在薄壁管横截面上的分布函数。由此可确定中性层的位置,求出外加弯矩,并用虚功原理解得回弹角度。论文针对不同几何参数的薄壁管进行了数控弯曲实验,分析了弯曲角度和相对弯曲半径对回弹角度的影响规律,并验证了理论计算结果与实验结果基本相符。利用该文介绍的计算方法可在实际弯曲之前计算出回弹补偿量,以提高管件弯曲成形精度。

径向水平井造斜器内钻杆的弯曲状态分析

分析了连续管钻杆弯曲状态的各种影响因素及影响程度。结果表明 ,由于连续管材料变形强化度低 ,钻杆塑性变形有限 ,在分析钻杆反复弯曲应力状态时 ,可不考虑强化和塑性变形的面积效应。采用弹性刚塑性材料模型及平面应力假设 ,建立了内压作用下钻杆弹性层与曲率的关系以及钻杆的极限弯矩、应变中性层与轴向力、内压的关系。分析结果表明 ,钻杆弯曲主体的中性层随弯曲曲率的变化很小 ,但内压和轴向力对中性层的位置有明显影响 ;在内压和沿程阻力作用下 ,钻杆的弯曲表现为横截面变形的压弯特征和轴向弯曲的拉弯特征。这为控制钻杆的截面变形和设计造斜器滑道提供了理论基础。

管材的回转牵引弯曲试验及回弹分析

为了提高管材精确弯曲质量,在弯曲实验及有限元模拟的基础上,利用理想弹塑性变形模式,分析了管材回转牵引弯曲过程中产生的回弹现象.因弯管各部分变形程度不同,产生了由弹性弯曲和塑性弯曲引起的两种回弹.通过理论分析导出近似计算公式,并利用部分实验结果对公式进行了相应验证.结果表明,理论计算值略小,其原因与试验中所施弯曲力不均匀和没有计入摩擦的影响有关.经过大量实验修正后可望应用于生产实践.

连续油管的力学行为研究

连续油管以其不同于常规钻杆和油管的材质、作业工艺与装备,有着不可替代的优势,使其在钻井、采油等应用领域得到了飞速发展,与连续油管作业工艺相关的力学问题的研究也在迅速跟进。连续油管向滚筒上缠绕的过程属于弹塑性的拉弯大变形问题,通过虚功形式的动力学普遍方程,得到将连续油管缠绕于滚筒时需要施加在滚筒上的扭矩和驱动液马达的输出功率,发现作用在滚筒上的扭矩与连续油管所受的轴向拉力之间近似呈线性关系。利用弹塑性理论分析了缠绕在滚筒上的连续油管在卸除拉力和弯矩后的力学行为,证明了连续油管在弹塑性卸载过程中不会发生反向屈曲,而且拉力的作用有助于减小回弹,卸载回弹后连续油管的曲率半径随着拉力的增大而单调下降。因此连续油管缠绕上滚筒后一直要保持弯矩,以避免回弹乱管。

芯模填充对铜钛复合管绕弯截面畸变和壁厚减薄作用的模拟研究

为了提高铜钛复合管绕弯成形精度,基于所建有限元模型,研究了刚性芯模参数对复合管截面畸变和壁厚减薄的影响规律,并对比了刚性芯模填充和弹性芯模填充。研究结果表明:(1)随着刚性芯棒伸出量的增大,双金属复合弯管的基、覆管截面畸变率逐渐减小,壁厚减薄率逐渐增大,最佳芯棒伸出量为7mm。(2)较之无芯模填充,采用刚性芯模填充后,截面畸变显著降低,但是壁厚减薄率增大;控制截面畸变时,一定要考虑芯模对复合管壁厚减薄率的影响,并根据实际生产要求和管材尺寸结构灵活选择填充状态。(3)弹性芯模填充时,截面畸变率沿弯曲方向的分布较之刚性芯模均匀;刚性芯模较之弹性芯模可以更好地控制复合管的截面畸变,但最大差距只有1.03%。弹性芯模较之刚性芯模可以更好地控制复合管的壁厚减薄率,最大差距为3.27%。综合考虑截面畸变和壁厚减薄,弹性芯模对双金属复合管的填充效果更好。

管材弯曲过程中的弹塑性变形分析

在管材弯曲变形的基本假设和简单应力状态下的线性强化材料模型的基础上,对管材弯曲进行了变形分析。分析结果表明:弯管横截面上垂直于弯曲平面方向的对称轴两侧存在很小的弹性区,对弯曲卸载后的回弹产生一定影响;弯曲切向应力主要随相对弯曲半径减小、屈服强度和塑性模量增大而增大;在较小相对弯曲半径范围内,弯曲切向应力有急剧上升的倾向;根据弯曲切向应力小于材料拉伸极限的关系,推导出最小相对弯曲半径的计算公式,理论计算值略小于实际试验值,修正并完善后,可应用于生产。

用斜导柱对塑料弯管进行侧向圆弧抽芯

分析了弯管塑件的结构特点 ,介绍了成型该塑件的注射模结构 ,着重介绍了一种新颖的采用斜导柱驱动方法进行侧向圆弧抽芯机构的结构设计 。

内压支撑下薄壁管弯曲变形力学分析

管件内压弯曲又称为管件充液弯曲,具有减小截面畸变,延缓薄壁管内侧失稳起皱,提高弯曲成形极限等优点。支撑内压在其中起到了关键性的作用,对于环向和轴向的应力应变分量具有重要影响。采用塑性理论,对内压和弯矩共同作用下的薄壁管弯曲变形进行理论分析。考虑内压对微元平衡方程的影响,建立一个新的理论分析模型,通过求解非线性方程组,得到薄壁管应力应变的分布规律,定量分析内压对薄壁管应力应变的影响趋势。同时通过将有限元分析得到的应力应变分量的信息,与理论解进行对比发现,理论预测和模拟结果相符合,验证所建立的理论分析模型的可靠性。结果表明,轴向和环向应力随内压升高均大大提高,环向应变随内压升高线性递增,而厚向应变线性减小。

连续管卷绕破坏分析

连续管在滚筒上反复卷绕和矫直过程中产生的塑性应变,会引起连续管的累积残余变形和低周疲劳,最终导致连续管的形变疲劳或疲劳破坏。对连续管的试验载荷与现场载荷进行分析,并用有限元模拟连续管在卷绕矫直中的变形和疲劳,探寻了目前试验中连续管弯曲椭圆度等参数与现场数据不吻合的原因,分析了连续管卷绕时在不同工况下各参数变化情况和连续管破坏形式。研究结果可为高效使用连续管和设计性能优良的连续管作业机提供理论基础。

异质双金属复合管的弯曲工艺研究进展

发展异质双金属复合管的塑性弯曲成形工艺,是工业技术发展的必然趋势。目前有关双金属复合管弯曲行为的研究,大部分还属于材料性能测试性研究,只有少量文献尝试了异质双金属复合管的推弯、压弯成形工艺。研究发现:基-覆管界面分层、截面畸变和起皱是双金属复合管弯曲过程中频频出现的成形缺陷,且这三者之间存在耦合作用;可以通过合理的内腔填充(如施加一定的内压力,采用合理的芯模)来抑制双金属管的起皱行为;加载力对覆管的作用传递,容易因为界面层的存在而受到阻碍。而绕弯成形过程中作用在管坯上的力,分布均匀、加载位置合理,因此,绕弯成形适合弯曲塑性较好、对力的加载条件要求较高的异质双金属复合管件。近年来,由于弯管不仅要发挥传统的功用,还要满足设计性能、安装空间及轻量化上的要求,发展高精度小半径弯曲的异质双金属复合管弯曲成形技术,已经成为先进制造业发展的必然要求。

滚筒处弯曲连续油管起出力学性能分析

为解决起钻和下钻过程中连续油管因承受多次弯曲载荷作用而影响其疲劳寿命的问题,将连续油管作为弯曲梁,应用梁弯曲变形理论,考虑连续油管的弹塑性变形,推导出滚筒处弯曲连续油管的弯矩和拉力计算公式,以及弹塑性极限弯矩和弹性极限弯曲半径。然后以CT系列连续油管为例进行了算例分析,分别考察不同松弛角度和钢级连续油管的弹塑性极限弯矩以及弹性极限弯曲半径等力学性能,结果表明当松弛角度在45°50°时,连续油管会获得较好的力学性能,钢级越大其力学性能越好。

大口径热煨弯管坡口整形机的设计

针对现有长输油气管道大口径热煨弯管坡口加工中存在的管口定位困难、加工用时长、坡口加工精度不高等一系列问题,设计了一种大口径热煨弯管坡口整形机。该设备采用了液压驱动控制系统、内涨式夹紧机构和浮动式切削机构,可准确进行管口定位,大幅提高切削功率。采用了专用成型车刀,可以确保弯管坡口角度的一致性。现场试验及应用表明:加工后的弯管坡口角度和表面粗糙度达到标准要求,整机结构设计合理,运行性能平稳,每道坡口的平均加工时间为5 min,确保了管体焊接对坡口质量的要求。同时,坡口加工精度的提高有效提高了弯管焊接施工效率,节约施工成本。

棒材弹塑性反弯矫直过程中的挠度计算

矫直过程中 ,试件能否顺利咬入、能否保证矫直质量 ,压下量的取值起着关键性作用。本文将棒材看成一根连续弯曲的粱 ,通过对其在弹塑性反弯矫直过程中的变形分析 ,精确给出反弯矫直过程中的挠度与弯矩、曲率和塑性层深度系数的函数关系式 。

加热弯管有限元分析

建立了加热弯管的数学模型,并系统的分析了加热弯管塑性加工的受力情况,推导出加热弯管弯曲时推力、弯矩、支撑力的5个计算公式,同时分析了加热弯管弯曲成形时管材截面的应力、应变及中性层的位置。通过对加热弯管弯曲成形变形的有限元分析,总结出加热弯管弯曲成形的变形特点,得出加热弯管弯曲成形不仅有助于改善变形区的应力分布,而且有助于防止变形时管材截面的畸变。指出了管材弯曲加工时所出现的缺陷是管材壁厚不均匀及其截面形状畸变引起的。

基于UML/VC^(++)的刚塑性有限元模拟系统的面向对象开发

面向对象的设计克服了程序结构复杂、复用性、维护性和扩充性差的问题,而成为有限元程序设计开发的发展方向.本文对刚塑性有限元模拟问题首次用面向对象的方法进行了系统地研究:以面向对象有限元理论为基础,利用UML建模语言,研究了刚塑性金属有限元模拟的对象和有限元分析类库的建立;基于VC++编程平台,开发了薄壁管数控弯曲有限元模拟可视化软件原型,并对开发中的关键技术问题进行了介绍.结果表明,所建立的有限元分析框架通用性良好,所开发的模拟系统能方便地嵌入参数优化、CAD/CAM模块和可视化前后处理,从而显示出良好的扩充性和可维护性.

45°塑料弯管注射模设计

分析了45°弯管塑件的结构特点,设计了该模具,介绍了摸具的摆动抽芯机构,并阐述了该模具的工作过程。