钢质管道挤压变形过程数值模拟

基于对钢质输油管道挤压变形原理的分析,建立上下刀具加载作用下钢质输油管道挤压变形模型,采用扩展拉格朗日方法求解三维接触挤压问题,完成20号无缝钢挤压变形过程的数值模拟。将模拟试验数据与前人实际试验数据进行对比与验证,模拟结果与实际试验结果吻合。该模型可以用于模拟不同规格管道挤压变形情况,得到管道挤压变形的位移、载荷和应力分布规律,为管道应急抢修提供理论和实践依据。     

径向载荷作用下管道挤压变形过程数值模拟

野外埋地敷设的长距离输油管道发生断裂等较大事故时,采用管道局部挤压的方式可以在较短时间内将管道快速压扁以截断流油。为设计管道挤压截流装置,运用ANSYS Workbench建立上下压头加载作用下管道挤压的有限元模型,完成对ф159 mm×5 mm的45号钢挤压变形模拟仿真,得到管道挤压的等效应力、位移分布、变形范围和载荷-位移曲线等。将模拟数据与实验数据进行对比,两者结果比较吻合,可以为管道泄漏抢修提供理论和实践参考。     

老龄舰船总纵强度状态评估可行性研究

针对老龄舰船船体结构评估问题,首先引入了中国船级社2011版《现有船状态评估程序指南》;然后,论述了老龄舰船的腐蚀特点及腐蚀程度测定方法,并给出了剩余剖面模数计算方法。再以某舰船为例,依据该指南对其典型舱段总纵强度状态进行了评估;最后,运用ABAQUS有限元软件直接对该舱段的现有状态总纵强度进行了计算并与《现有船状态评估程序指南》得出的总纵强度状态评估结果进行了对比分析。结果表明:该指南对于老龄舰船技术状态评估具有良好的可行性和适用性。     

内腐蚀缺陷尺寸对DN150承插管线承压能力的影响

为了科学地指导DN150承插管线的使用与管理,采用非线性有限元法对带内腐蚀缺陷的DN150承插管线进行了剩余强度的评估。通过分析和计算,研究了腐蚀缺陷宽度、长度和深度对管线极限承载能力的影响。结果表明：腐蚀缺陷宽度对DN150承插管线的承载能力影响很小,可忽略不计;随着腐蚀缺陷长度的增加,管线的承载能力略微减小,当缺陷长度达到150mm,管道失效压力基本不变;随着腐蚀缺陷深度的增加,管道失效压力呈线性递减,其对管道失效压力的影响程度远远大于腐蚀缺陷长度。     

新型航空铝合金材料复杂形貌点蚀损伤应力集中效应分析

根据7B04铝合金材料试件模拟加速点蚀试验检测结果,并结合铝合金材料点蚀行为机制、微观结构特征与随机性过程本质,构建由多个微观椭球体合成的楔入型与合围型两种典型复杂形貌点蚀损伤模型。采用ANSYS有限元方法建模并基于线弹性断裂力学,对上述两种点蚀损伤模型的应力集中效应进行计算与分析。研究发现:两种复杂形貌特征的点蚀损伤模型产生的应力集中系数数值基本相当,各个微观椭球体蚀坑分别对应力分布产生影响并相互干涉与叠加,造成复杂形貌点蚀损伤模型的应力集中系数数值增大;两种复杂形貌点蚀损伤模型的应力主要集中在各个微观椭球体蚀坑交会的位置,大都位于宏观点蚀损伤的侧边;两种复杂形貌点蚀损伤模型的应力集中效应作用区域的尺寸与铝合金材料微观晶粒尺寸、点蚀萌生的短裂纹初期尺寸基本相当。     

破片对军用方舱的冲击毁伤效应研究

基于薄板的极限穿透速度及破片穿透薄板的余速理论,就破片对军用方舱的冲击毁伤效应进行深入分析．通过理论计算,得到圆柱形破片穿透方舱后的剩余速度．在AUTODYN中构建模型,对圆柱形破片穿透方舱的过程进行数值模拟,其结果表明,数值模拟结果与理论计算的误差较小,证明该模型的可靠性．     

基于湍流冲击振动的输油管道稳定性研究

要水流冲刷管底形成悬空管道，悬空管道假设为一端固定一端铰支的均质等截面简支梁。在分析管道垂直载荷对悬空管道临界长度影响的基础上，考虑到输油管道振动引起的动应力以及管道振动时的外部阻尼、管道轴向力和内压对管道的作用，对悬空管道进行受力分析，导出管道振动微分方程。以保证管道强度的安全可靠为判据，计算求出悬空管道的临界长度，以便预测管道失稳条件，并对其及时采取稳固及抢修措施。     

纤维缠绕复合材料管道等径三通的强度分析

根据复合材料强度准则中应用最广的Tsai—wu失效准则，利用ANSYS有限元分析软件，对纤维缠绕复合材料管道等径三通强度进行分析。分析结果表明，复合材料管道三通在承受内压时，在主管和支管的连接处会产生应力集中，纤维的缠绕方向不同三通的强度因子会各异，缠绕角在50°～60°时复合材料管道三通的强度最好，此结论可以为纤维缠绕复合材料管道三通的设计制造提供一种有效的参考。     

悬空管道固有频率的计算

在地质灾害作用下，输油管道下方的土层下陷或流失会造成管道悬空。当悬空管道发生弯曲变形时，两端埋地管道要对悬空管道产生影响。利用埋设段和悬空管道的受力平衡条件联立求解出两段管道的弯曲变形，并且讨论了不同土壤刚度和管道轴向力条件下悬空管道振动的固有频率，并和工程上推荐使用的简支梁和两端固支梁的静动态特性进行比较。管道大幅振动或共振是管道破坏的重要原因，准确计算悬空管道的固有频率，对悬空管道的静力分析、振动分析以及输油管道的完整性评价都有非常重要的意义。     

埋地输油管道直流排流保护技术应用

随着电气化铁路建设的飞速发展,干扰电流对埋地输油管道的干扰腐蚀越来越普遍。干扰电流包括直流干扰电流、交流干扰电流和地电流等3类,其中直流干扰电流对输油管道的干扰腐蚀最为严重。分析了直接排流、极性排流、强制排流和接地排流等4种直流排流技术的工作原理、特点及适用范围,结合输油管道的设计背景及电位测定,在不影响电气化铁路正常运行的情况下,选择接地排流保护措施。计算确定了输油管道的排流保护参数,并在输油管道平行电气化铁路区间设置6组直流干扰电流排流点和9组牺牲阳极。埋地输油管道经开挖检测,管道绝缘防腐层完好,未发现明显的直流干扰腐蚀现象,取得了较好的直流排流效果。     

HDR双相不锈钢管轴向与径向组织差异性对耐蚀性影响

为研究HDR双相不锈钢轴向和径向组织差异性对耐蚀性的影响，基于HDR双相不锈钢管材同时具有铁素体相和奥氏体相的特点，利用金相观察和能谱分析技术，研究了模拟海水浸泡和电化学试验后轴向和径向试样组织耐蚀性差异。研究发现：轴向组织晶粒大于径向组织晶粒、夹杂物均在铁素体相及其边界处，轴向组织比径向组织先发生腐蚀，径向组织耐蚀性比轴向好；轴向自腐蚀电位、钝化膜击破电位均小于径向，且轴向蚀坑深度大于径向；轴向严重腐蚀区域生成两层富Cl贫Cr腐蚀产物膜，且外层腐蚀产物膜氧含量比内层膜高。     

多种服役环境下航空铝合金疲劳裂纹扩展行为

通过收集机场环境数据并依据环境谱编谱流程，编制出试验室环境下航空铝合金加速腐蚀试验谱，并依据该谱开展LD2CS铝合金预腐蚀疲劳试验。统计分析试验数据，利用影响平均值方法，筛选出三个重要腐蚀损伤表征量，即最大蚀坑深度、最大蚀坑宽度、点蚀率。通过归一化无量纲处理和加权平均方法，计算出腐蚀损伤综合指标α。对比不同损伤程度下预制裂纹疲劳扩展行为特点，定义腐蚀加速系数Ω(α)。利用加速腐蚀第18—20a的试验数据验证Ω(α)表达式的有效性，得到预测值相对误差均小于10%，这说明修正后的疲劳裂纹扩展公式适用于表示腐蚀损伤对长裂纹扩展的加速作用，为航空铝合金的损伤容限设计提供新的思路。     

输油管道悬空管段过渡长度分析

在地质灾害作用下,埋地输油管道下方的土层下陷或流失会造成管道悬空。悬空管段入土端到埋地段嵌固点的长度定义为悬空管段的过渡长度,其会对悬空管段的固有频率产生很大影响。基于Winkler线性理论,建立管道与土壤相互作用的力学模型,以埋地管段横向位移和轴向位移为零处作为固定边界条件,计算输油管道悬空管段的过渡长度。利用ANSYS软件建立过渡长度有限元模型,计算悬空管段的固有频率,与实测数据对比分析。研究表明,过渡长度对悬空管段的静力分析、振动分析以及输油管道的完整性评价都有非常重要的意义。     

数值模拟金属靶抗侵彻中的网格密度影响研究

在数值模拟中,有限元网格的数量对计算结果和计算成本都有较大的影响。采用MSC.Patran建立了弹体侵彻金属靶板的计算模型,并利用MSC.Dytran对所建模型进行了计算;结合相关的理论,对不同网格密度划分的有限元模型的计算结果进行了分析,并和实验进行了对比,得到了数值模拟弹体侵彻金属装甲中靶板的最佳网格数量。当网格无因次量μ=0.10时,所得到的数值模拟结果与实际吻合得较好:当厚度方向的网格数取为12个时,文中所采用的模型能较好地模拟弹体对靶板的侵彻效果。     

悬空管道的安全性评估

土壤滑坡或土壤冲蚀造成一段埋地管道成为悬空。管道悬空严重影响埋地输油管道的安全运行。基于双参数模型地基理论,把悬空管道设定为弹性地基梁,考虑轴向力、内压、内流、外流和土壤刚度系数等因素的作用,建立管道与土壤相互作用的力学模型,计算悬空管道的临界长度评估其安全性。根据管道边界条件和失效模式的不同,分析上述各因素对悬空管道临界长度的影响,进而对悬空管道的屈服失效、屈曲失效、共振和疲劳失效进行安全评估。结论对埋地管道的合理设计、土壤刚度的处理、管道安全性的提高具有工程实际意义。     

扭杆式坦克悬挂系统的强度分析

针对目前悬挂系统设计理论的不足,运用工程力学中的卡氏第二定理和莫尔法求出负重轮行程与所受载荷之间的理论关系,并考虑了平衡肘的变截面对应力状态的影响,进而得到系统内关键点处的应力值;在理论分析的基础上,由简单到复杂,分别建立了初步模型、修正模型和最终的实体模型.应用有限元软件对悬挂系统进行三维数值模拟,计算了悬挂系统的应力场和位移场.理论分析和数值模拟的结果表明:悬挂系统力学模型较好地描述了悬挂系统的实际情况;有限元计算模型对于扭杆式悬挂系统强度计算非常有效,所得应力集中区与实际失效情况基本一致;应用本研究结果,可对悬挂系统作进一步的疲劳分析.     

冲击波载荷作用下固支正交各向异性薄板挠度特性分析

根据能量原理,采用层合板理论和薄板大变形理论,对四边固支的矩形正交铺层的纤维增强复合材料薄板在爆炸冲击波作用下的弹性大变形进行理论分析,得到了层合板的最大挠度计算公式。有限元数值模拟计算表明,理论计算结果与有限元数值模拟的结果吻合较好,因此该方法可用来对复合材料板在弹性范围内的最大挠度进行预测,同时认为根据薄板的最大挠度,可以计算板的应力(应变)分布和复合材料板失效时的爆炸载荷。     

内压作用下复合材料修复裂纹管道的失效分析

为准确评估在内压作用下纤维复合材料修复含裂纹管道的有效性及失效压力,建立复合材料修复后裂纹管道的失效数值模型。该数值模型通过扩展有限元法模拟管道裂纹的扩展,利用cohesive单元模拟胶层的脱粘失效,复合材料的失效通过最大应力失效准则进行判定。通过静水压爆裂试验对所提失效数值模型进行验证,实验结果与数值计算结果具有较好的一致性。失效数值分析结果表明:当内压增大至一定值后,未修复管道的初始裂纹沿轴向及壁厚方向逐渐扩展,进而使得管道内壁单元扩展成真实裂纹,此时真实裂纹贯穿整个壁厚方向,即认为裂纹管道发生爆裂失效,爆裂失效压力随初始裂纹半长呈指数形式下降。复合材料修复裂纹管道的不同修复工况呈现相同的失效模式:在单调递增的内压作用下,管道内表面首先出现黏结裂纹,而后其外表面裂纹张开趋势急剧上升,使得复合材料层应力急剧上升,达到极限强度而失效。且对于不同的初始裂纹尺寸,存在对应的复合材料缠绕层数临界值。     

管道热边界层方程的迎风有限元分析

对于管道热边界层方程,除了采用动量积分方法求得理论解析解外,也可以用数值方法求解,如有限差分、有限体积、有限元等方法.理论解析解是采用一定的简化并忽略若干项之后得到的,因此,也只是一种近似解,数值解可以考虑完整的方程和各种边界条件,因而其解较为全面.采用伽辽金有限元方法求解,管道热边界层方程为标准的对流扩散方程,当对流项较强时,需要采用迎风方法,因而也给出了迎风有限元方法的模型.     

腐蚀介质下AZ91镁合金滑动摩擦磨损失效行为分析

利用滑动摩擦磨损试验分别研究了AZ91镁合金在干摩擦条件下和腐蚀介质环境下的滑动摩擦磨损失效行为,并结合腐蚀产物的分析结果,验证了腐蚀可加速磨损失效的进程。结果显示:在干摩擦条件下,AZ91镁合金的摩擦因数随载荷增大表现为先减小后增大,其主要磨损失效形式表现为磨粒磨损和氧化磨损;在腐蚀介质环境下,AZ91镁合金的摩擦因数随载荷增大表现为先减小后趋于平稳,且与干摩擦条件下相比稍有下降,主要是由于腐蚀介质加入后产生了润滑的效果,其主要磨损失效形式表现为磨粒磨损和氧化磨损,以及Cl-的侵蚀影响,失效较为严重;AZ91镁合金在腐蚀磨损后,其磨痕区周围出现了大量点蚀坑,且点蚀坑的数量明显多于磨痕区。