股线扭角和温度对导线综合系数取值影响的有限元仿真及应用

根据力学理论分析了考虑股线扭角的钢芯铝绞导线综合系数理论计算公式,通过有限元仿真研究了导线运行温度变化对绞线综合系数的影响;同时以某实际工程为例,分析综合系数理论解与有限元仿真解对导线弧垂应力计算误差的影响。研究表明:钢芯铝绞导线的轴向综合热膨胀系数不随温度变化,而综合弹性模量随温度的升高而变大;小截面导线JL/G1A-400/35在小档距400 m和大截面导线AACR/EST-500/227在大档距2 000 m,温度每升高10℃,综合弹性模量约增加2~3 GPa;考虑温度效应下综合系数的不同取值,在最高设计运行温度时,小档距小截面输电线路弧垂应力存在大于5%的计算误差,大档距大截面输电线路弧垂应力计算误差小于1%。

梯形重力坝的应力函数解及其有限元验证

弹性力学教材中通过取三次多项式应力函数给出三角形横截面的重力坝应力场,但工程中重力坝的横截面几乎均为梯形,其坝顶并非三角形尖顶。将应力函数的半逆解法与锲形体的应力函数相结合,寻找出适用于梯形重力坝的应力函数,根据梯形重力坝力的边界条件,并利用圣维南原理,给出了梯形重力坝的应力场解析式。用有限元计算给出了梯形重力坝应力场的数值仿真结果。应力场解析式与有限元仿真结果非常吻合,说明了梯形重力坝应力场解析式的正确性。梯形重力坝应力场解析式对水利工程中重力坝的结构强度及设计具有重要的理论指导意义和应用价值。

聚氨酯橡胶超弹性本构模型拟合效果评估

对聚氨酯橡胶进行了单轴拉伸、单轴压缩和平面拉伸试验,采用常用的超弹性本构模型拟合试验数据,并基于拟合优度、拟合曲线与试验曲线相似性、相对偏差三方面,对拟合效果进行评估.结果表明:采用拟合优度评估,能从总体上反映超弹性本构模型对试验数据的拟合效果,采用拟合曲线与试验数据相似性的对比进行评估,能直观反映超弹性本构模型对试验数据的拟合效果,若同时考虑相对偏差,则可以反映超弹性本构模型与试验数据之间的相对偏差量,更为准确地对超弹性本构模型的拟合效果进行评估.

考虑耐张串效应的特高压线路导线弧垂的理论解

在特高压(ultra high voltage,UHV)架空输电线路工程中,导线弧垂的计算必须考虑耐张绝缘子串的影响。随着耐张绝缘子串的串长和串重的增大,传统的抛物线法和力矩平衡法计算导线弧垂的准确性将大大降低。为了得到考虑耐张绝缘子串的悬链线弧垂的计算方法,建立包含耐张绝缘子串导线弧垂的悬链线方程,该方程为精确理论方程,精确度高;并与传统的简支梁法对比分析,最后结合工程现场实测,理论计算结果与实测结果最大相差1.97%,验证了悬链线法的正确性。

扭簧的扭转刚度计算及试验研究

通过建立扭转弹簧的力学分析模型,利用曲梁的弯曲理论,给出了考虑钢丝直径与扭簧回转直径之比效应的、扭簧刚度计算表达式。为检验扭簧刚度计算表达式,开展了扭簧扭转刚度的试验测量和有限元数值仿真计算研究,从6组试验测量和有限元计算结果来看,扭簧刚度计算表达式的计算结果与试验和有限元结果吻合的很好,反映了新建立的扭簧刚度计算表达式可靠性,其结果可为扭簧的刚度设计提供计算依据。

基于里兹法的输电铁塔塔脚板内力计算及其应用

有限元仿真和试验表明现行规范中给出的方形塔脚板厚设计方法过于安全,且其厚度设计是由塔脚板最大弯矩确定,为了得到新的厚度设计方法,基于四地脚螺栓方型塔脚板模型和最小势能原理的里兹法,推导出了塔脚板在拉工况作用下最大弯矩的解析解。结果表明四地脚螺栓塔脚板的有限元仿真计算结果与该解析解结果相吻合;依据该解析解给出的四地脚螺栓塔脚板弯矩值,设计的塔脚板厚度与现有规范设计的塔脚板厚度值相比可减少30%;该塔脚板最大弯矩解析解结果与四地脚螺栓塔脚板的真型试验研究结果一致。

塔脚板结构强度与底板接触应力分析

采用里兹法和有限元法以及试验测量对塔脚板进行分析,发现角钢与靴板间的每个连接螺栓的载荷分配并不相同,两端螺栓承受的载荷较大,中间螺栓承受载荷较小;还发现塔脚板底板与基础间的接触应力分布不均匀,离靴板近的底板接触应力大很多,而离靴板远的底板接触应力小。基于里兹法和有限元计算,推导出考虑接触应力非均匀分布的底板弯曲应力解析解和底板厚度的解析解。结果表明塔脚板有限元计算出的结果与理论推导出的结果相接近,因此该解析解可作为有塔脚板底板厚度设计的依据。

塔脚板劲板尺寸对底板传递力分配比的影响

现行塔脚板底板厚度规范表达式中没有包含劲板尺寸变化的效应,但塔脚板劲板的尺寸变化对底板力传递和力分配有较大影响。通过有限元数值仿真,寻找塔脚板劲板的长度、厚度、高度与底板地脚螺栓拉力向靴板和向劲板传递力的分配比,给出底板和靴板连接处最大弯矩随劲板尺寸变化的规律。对有限元数值仿真计算结果作无量纲化和回归处理,推导出包含塔脚板劲板尺寸效应的底板厚度设计表达式,该表达式的形式是在现行规范表达式前乘以包含劲板尺寸效应的函数。考虑劲板尺寸效应的底板厚度设计表达式与本文的试验结果相吻合,对工程中塔脚板的设计和应用具有指导意义。

压力容器密封垫片接触应力均匀化的措施

平面法兰与密封垫的接触应力分布极不均匀,接触应力较小处易发生漏油现象。微锥法兰取代替平面法兰可大幅提升密封垫接触应力均匀性。通过建立压力容器两螺栓间的抗弯刚度与简支梁的抗弯刚度等效模型,给出使接触应力均匀化的微锥法兰倾斜角工程确定方法。实验测量和有限元数值仿真结果均表明采用微锥法兰倾斜角的工程确定方法,能有效改善密封垫接触应力的均匀性,研究成果和措施对压力容器微锥法兰的加工、提高液体油压力容器密封性具有参考价值。

弹簧丝横截面上各内力对锥形弹簧刚度的影响

横截面上的内力包括扭矩、弯矩、轴力和剪力。锥形螺旋弹簧刚度的经典表达式由外力所做功等于弹簧丝的扭转变形能获得,但经典表达式未考虑弹簧丝倾斜度与弹簧丝弯曲变形的关系及其对弹簧刚度的影响,也未考虑弹簧径径比(弹簧丝直径d和锥形弹簧圈最大半径R1之比d/R1)与弹簧丝剪切变形的关系及其对弹簧刚度的影响。求解弹簧丝在扭转、弯曲、剪切以及轴力作用下的组合变形能,利用外力功等于弹簧丝的组合变形能,推导出包含弹簧丝倾斜度及弹簧径径比影响的弹簧刚度表达式,该锥形弹簧刚度表达式可退化为圆柱弹簧刚度计算式、可退化为锥形螺旋弹簧的经典表达式。当弹簧丝倾斜度和弹簧径径比较大时,由锥形弹簧刚度经典表达式得到的计算值与有限元仿真结果的误差达7%,而新给出的锥形弹簧刚度表达式计算值与有限元结果的误差在1%之内,新给出的锥形螺旋弹簧刚度表达式对锥形螺旋弹簧的工程设计和应用具有指导意义。

窄基塔单桩十字梁自平衡基础极限承载力试验

提出一种结构简单、整体性能好、施工快捷且经济效益好的新型窄基塔基础——单桩十字梁自平衡基础,在足尺试验及数值模拟的基础上,对新型基础的受力特点和破坏模式进行研究。建立土体-混凝土-钢筋的非线性有限元模型,考虑土体与混凝土的非线性接触,进行模型的加载-卸载分析,并将分析结果与试验结果进行对比;通过分析得到新型基础的极限承载力,并得到新型基础在荷载作用下的破坏形式、薄弱位置及钢筋应力。结果表明:有限元模型的荷载-位移曲线、主筋轴力变化曲线及十字梁基础的裂缝发展与试验结果吻合较好,荷载-位移曲线基本呈缓变型或直线型,十字梁主筋轴力在上拔侧距十字梁底部0.5 m左右位置出现最大拉应力,在受压侧的十字梁与桩体交界面处存在最大压应力,单桩主筋拉应力的最大值出现在距桩顶大约1.95 m处,压应力最大值出现在距桩顶大约0.94 m处;十字梁裂缝从十字梁根部下侧开始发展,受拉钢筋屈服,受压区混凝土发生破坏,所得结论为新型基础的设计提供依据。

钢芯铝绞线在张力与温度共同作用下的分层应力

通过理论推导得到钢芯铝绞线在温度和张力共同作用下,分层应力计算公式;同时以某实际工程为例,在有限元软件中通过仿真分析得到各层应力的有限元仿真值;有限元仿真值与理论值进行对比,二者误差在5%以内,满足实际工程要求。研究表明仅在张力作用下,钢芯铝绞线轴向应力会出现明显的分层效应。钢芯铝绞线中钢芯层承担的应力明显大于铝股层,约为铝股的3~4倍;在张力和温度共同作用下,导线运行张力随着温度的升高而减小;同时随着温度升高,钢芯层应力在增大,铝股层应力在减小。

大倾斜度弹簧刚度表达式的推导及有限元验证

目前的弹簧刚度解析表达式主要适应于工程上的密圈弹簧,但由于该解析表达式没有考虑弹簧钢丝的倾斜度对弹簧刚度的影响,对于大倾斜度弹簧用该解析表达式求解弹簧刚度与有限元仿真结果相比误差较大。根据能量法给出含倾斜度效应的弹簧刚度表达式,该结果不仅适应于求解大螺旋角弹簧刚度,也能退化到密圈弹簧弹簧刚度的求解,并且所得结果与有限元仿真结果相符,误差不超过0.21%,从而为大倾斜度圆柱弹簧刚度设计提供理论依据。