销轴滑动磨损条件下的极限承载力研究

目的 针对销轴在海洋环境下由于轴向滑动磨损造成的极限承载力变化进行数值模拟研究，得到销轴的极限承载力演变规律，为水下磨损结构的安全评估提供理论依据。方法 首先，运用ANSYS有限元分析软件，建立“柱-瓦”模型进行磨损计算，对滑动磨损方法进行验证。然后，建立实际销轴与锚链横档局部有限元模型，进行磨损分析，得到不同轴向滑动频率下的磨损数据。最后，计算销轴在失效准则下不同磨损深度等级(0、1、2、3 mm)的极限承载力，并根据磨损速度-磨损深度-破断力的映射关系得到其许用极限承载力和累计使用时间随磨损深度的变化曲线。结果 在典型工况(滑动频率为3 Hz)条件下，销轴连续工作约3 298 h，磨损深度可达3 mm，许用极限承载力下降14 180 N。结论 随着销轴轴向滑动频率的增加，销轴的最大磨损深度、总磨损体积、磨损速度均近似呈线性增长变化。在典型工况下，销轴许用极限承载力随着服役时间增长近似呈线性下降，且随着时间增加许用极限承载力下降趋势变缓。     

反应堆压力容器钢晶粒取向对辐照硬化的影响

目的 探究反应堆压力容器用钢中晶粒取向与辐照硬化的关系。方法 选用目前在反应堆压力容器中广泛应用的A508-3钢,首先,采用160 keV铁离子对RPV进行室温辐照,辐照损伤分别达0.2、0.5、1.0、10 dpa。然后,通过纳米压痕技术测量辐照前后样品标定区域的硬度。同时,结合电子背散射衍射对辐照前后样品的硬度标定区域进行晶体取向分析。结果 实验对不同晶粒取向的纳米压痕数据进行统计分析,发现当晶粒取向在[001]方向附近时硬度值最大,而当晶粒取向远离[001]方向,即取向距[001]的旋转角从0°增大到90°时,硬度值逐渐减小。结论 揭示了RPV辐照硬化可能存在较强的取向依赖性,为RPV的逆向设计提供基础。     

复合锻造的实验研究

此文用塑性泥作模拟材料,进行了压扭复合锻造和不对称V型砧拔长的工艺实验。实验表明:压扭复合锻造的变形力仅为镦粗变形力的1╱3～1/2。当P′=P/2,(?)=40.9°时,工艺效果很好,孔洞的闭合均匀,且不闭合率小。V型砧拔长时,当开口角为115°时,A=45°,B=70°时的工艺效果最好。两种工艺均可实现小锻比、大变形,从而减小锻件的各向异性倾向。     

单自由度自动翻转平台力学特性研究

目的 提出一种单自由度自动液压翻转平台,综合分析其力学特性,验证是否适用于固体火箭发动机振动试验换向过程。方法 根据液压设计理论,推导液压缸伸缩位移与翻转角度的数学关系,通过对翻转架进行静力学分析,确定翻转平台的极限受力位置,并解析受力与翻转角度之间的具体关系。针对极限受力位置的翻转架连同机架联合体,进行静应力分析,验证其稳定性。结果 翻转架处于初始水平位置时,液压缸承受最大压力,翻转角度为90°时,液压缸受拉轴向力出现最大值。翻转架的应力分布不均匀,应力最大值出现在其中部,最大应力值远小于许用应力,其强度满足应用要求。结论 翻转平台的力学性能满足设计和使用要求。另外,极限位置静力学受力分析和运动过程分析的结合评价方法,能够合理判定轴支撑翻转类机械装备的力学性能。     

贮存老化对某弹药射程的影响研究

目的 研究长期贮存老化对某弹药射程的影响,确定其有效增程射角范围。方法 对130 mm某弹药在不同贮存老化时间下的射程进行数值仿真分析,揭示其射程和有效增程射角范围随贮存时间的变化规律。结合射程与贮存老化时间和射角之间的函数关系,提出以剩余推力比为表征参数的射程变化模型。结果 在相同贮存老化时间下,随着射角的增大,该弹药的射程呈现出先增大、后减小的趋势。相同射角下,射程随贮存老化时间呈线性下降趋势,有效增程射角范围逐渐减小。使用三次多项式拟合有效增程比与射角之间的函数关系,拟合方程的相关系数超过了0.997 0。该弹药射程变化模型的拟合结果与仿真计算结果的相关系数大于0.998 5,表明其可以准确描述该弹药的射程变化规律。结论 贮存老化会显著影响某弹药的射程和有效增程射角范围,在实际贮存和使用过程中,不能忽略其贮存老化因素。     

不同培养条件下扰动对两种淡水藻生长的影响

研究了单种和按1∶1配比混合培养条件下,不同扰动强度对铜锈微囊藻和斜生栅藻生长的影响,结果表明:在试验所模拟的扰动强度范围内,较小的扰动有利于藻类的生长和聚集,单独培养的微囊藻和栅藻均在扰动强度为90r/min时藻比增长率最大;当转速大于该值时,随着扰动强度的加大,藻比增长率呈现下降趋势。在共培养体系中,铜锈微囊藻的比增长率均大于单独培养时的比增长率,且在扰动强度为90r/min时最大;栅藻由于竞争能力较弱,生长能力受到微囊藻的抑制,其生长状况明显劣于单独培养时的情况,且比增长率大大减小。     

某海域极端环境下15万吨级FPSO波浪荷载数值研究

目的 评估在役15万吨级FPSO在某海域百年一遇极端波浪作用下典型横剖面的水动力特性,进而得到FPSO的极值荷载,作为FPSO返坞改造的关键控制参数。方法 基于国产自主三维频域线性势流软件COMPASS-WALCS,建立15万吨级FPSO湿表面网格模型,根据三维绕射-辐射理论,计算湿表面上的水动力荷载,将每个绕射单元上的水动压力直接映射到结构模型上进行计算。采用谱分析方法对百年一遇海况进行分析,得到短期运动极值响应。对响应幅值算子(RAO)和波能谱密度进行谱分析,得到极端波浪下的响应谱,进而得到浮体运动和波浪荷载短期预报各种统计值,利用统计方法求得短期响应的最大值。结果 计算了船中部Fr143横剖面的载荷极值,即垂向弯矩、垂向剪力、剖面型心加速度等,发现船舶迎浪时弯矩值最大,随着浪向角增大,弯矩值逐渐减小,剖面垂向剪力则随着浪向角增大逐渐增大。结论 FPSO在极端波浪作用下,其大迎浪角条件下荷载更加危险,需要给予格外关注。     

某船用唇形密封失效因素试验及仿真模拟研究

目的 针对船用唇形密封使用过程中的唇口破坏问题,研究唇形密封失效影响因素及唇形密封应力、位移、接触压力分布特性。方法 模拟实船齿轮箱输入结构搭建试验台,进行密封失效因素分析,并利用有限元分析软件建立旋转唇形密封的二维轴对称模型,分析过盈量及橡胶本体材料参数对唇形密封应力、位移、唇尖接触压力分布的影响。结果 除密封材料及密封接触应力因素不确定外,其他所列因素几乎均未发生泄漏,因此进一步对不同材料及接触特性进行有限元分析。研究表明,3种材料中,2号材料的Von Mises应力值最大,且不管何种材料,随着过盈量增加,唇尖应力沿着参考线先增大后、逐渐减小、再增大,并呈现非对称分布,过盈量超过0.4 mm时,唇形密封的最大应力出现在骨架与橡胶本体接触圆角处。随着过盈量的增加,3种材料唇尖最大接触压力的变化趋势不同,最大Von Mises 接触应力逐渐增大,且过盈量在0.6 mm之后增速较快,唇尖接触线位置接触压力先减小、后逐渐增大,拐点在接触线位置0.25~0.3 mm处。结论 油温、油压、安装方式、偏心量、转速对于唇形密封失效的影响较小。材料属性与过盈量都会引起唇形密封Von Mises应力及唇尖接触压力发生较大变化,只是影响应力峰值大小不同,材料属性对于唇形密封本体位移的影响较小,过盈量会引起位移较大变化,且会引起最大应力位置变化,同时接触线接触应力与接触压力大小没有相关性。对于唇形密封安装来说,在过盈量为0.8 mm左右时较为合理。     

残余应力对焊接角接头裂纹扩展性能的影响分析

目的 分析焊接残余应力对角接接头裂纹扩展特性的影响。方法 基于热弹塑性力学法,建立角接头的有限元模型,计算焊接温度场,并采用热机耦合方法计算焊接残余应力。采用断裂力学方法,分析计算焊趾部位的应力强度因子和裂纹扩展寿命,并对比分析残余应力对裂纹扩展的影响。结果 计算得到焊缝的残余应力达到了材料屈服极限,呈拉伸应力状态,其Von Mises应力值为345 MPa。在应力为200 MPa以内,考虑残余应力的前提下,分别使用文献试验得到的数据和IIW标准中的数据作为裂纹扩展参数,应力比R=–1时的裂纹扩展寿命分别为2.61×10⁶和6.84×10⁵次循环;在应力比R=0时的裂纹扩展寿命分别为1.16×10⁵和2.90×10⁴次循环。结论 残余应力会加速裂纹扩展。采用控制变量法,将应力范围设定为常值,当应力比R<0时,残余应力扩大了应力强度因子的范围;在应力比R>0时,残余应力一方面会增大最大应力强度因子,使其接近材料的断裂韧度,同时拉伸残余也提高了平均应力强度因子或者提高了应力比R,在这种情况下,残余应力均会加速裂纹的扩展速度。随着裂纹长度的增加,残余应力对裂纹扩展速率的影响会增大。外载荷和残余应力共同对裂纹扩展产生影响,应力比R和残余应力对裂纹扩展的影响机制相同,在焊接结构寿命评估时,需要综合考虑这2个影响因素。     

基于热流固耦合的双槽阶梯槽应力变形分析

目的 获得双槽阶梯槽的干气密封性能。方法 运用热流固耦合方法,对双槽阶梯槽、单螺旋槽密封动、静环进行变形与应力分析,得到在不同工况下2种槽型密封环的变形图和应力分布图,讨论不同工况对2种槽型密封环变形量和应力的影响规律。结果 随压力的增加,单螺旋槽密封环最大变形量的增长率低于双槽阶梯槽,而双槽阶梯槽密封环最大应力值的增长率高于单螺旋槽。随转速的增加,2种槽型密封环的变形量均减小。在转速为25 000 r/min时,双槽阶梯槽动环的最大变形量比单螺旋槽低13.7%。在转速变化范围内,单螺旋槽和双槽阶梯槽的最大应力值分别下降了8%、13.9%。随着转速的增加,相对应的2槽型密封环最大应力值的差值越大。结论 双槽阶梯槽密封环最大变形量和最大应力的增长率均高于单螺旋槽,双槽阶梯槽密封环的变形量和最大应力值均小于单螺旋槽。这表明在高速工况下,双槽阶梯槽运行更稳定。     

含缺陷车辆转向桥前梁部件极限承载规律研究

目的 研究车辆转向桥前梁在受损情况下的极限承载规律。方法 对转向桥前梁在破片高速侵彻作用下的破坏结果进行数值模拟研究,确定破片正侵彻转向桥前梁不同部位时的侵彻弹道。对含侵彻缺陷的转向桥前梁承受垂直载荷能力进行数值模拟研究。结果 确定了破片正侵彻转向桥前梁不同部位时的侵彻弹道约为圆形通孔。对于直径为1 cm的圆孔缺陷,当位于非易损区时,前梁达到极限承载时在易损区发生断裂,其极限承载能力约为无缺陷时70%;位于易损区时,前梁达到极限承载时裂纹会经过圆孔,其极限承载能力约为无缺陷时60%。以某典型车辆为例,计算得到前梁易损区圆孔缺陷直径超过1.8 cm时,前梁会在车辆的自重下发生塑性屈服。结论 转向桥前梁部件极限承载能力受缺陷尺寸和位置的影响,缺陷尺寸越大,前梁极限承载能力越小。当缺陷位于易损区时,前梁极限承载能力比同尺寸缺陷位于非易损区时更小。该结果可为转向桥功能失效分析提供参考依据。     

联轴器刚度对离心机转速稳定性的影响

目的研究联轴器扭转刚度对离心机系统转速稳定度的影响。方法以Matlab/Simulink数学仿真软件为工具,通过建立包含联轴器扭转刚度及阻尼特征模块的离心机转速伺服控制系统仿真模型,分析联轴器扭转刚度对离心机系统转速稳定度的影响。结果选用扭转刚度较高的联轴器有助于提升离心机系统对抗外界扰动扭矩的能力,选用扭转刚度较低的联轴器能够降低系统驱动环节固有扰动扭矩造成的影响。结论对联轴器扭转刚度的选择应根据离心机扰动扭矩的具体组成决定。     

基于CFD的三相内循环生物流化床操作参数影响的分析

建立了气-液-固三相内循环流化床的数学模型,验证了流体力学CFD模拟技术应用于气、液、固三相流化床操作中的可行性,探讨了表观气速和固体装载率等操作参数对气含率以及液体循环速率的影响,结果表明,随着固体装载率的增大,气含率先增大后减小,在13%处取得最大值。当表观气速在0~0.05 m/s时,气含率随着表观气速的增大而增大,在0.05 m/s处达到最大值,表观气速大于0.05 m/s时,气含率不再随着表观气速的增大而增大,而是基本保持不变。液体循环速率随固体装载率的增大而减小,随表观气速的增大而增大。在以气含率、液体循环速率作为约束条件的情况下,流化床反应器的最佳固体装载速率为13%,最佳表观气速为0.05 m/s。     

一种海洋气候环境-扭转疲劳试验设备的研制

目的研制一种海洋气候环境-扭转疲劳试验设备。方法针对海洋环境下服役的装备材料及结构承受环境腐蚀-扭转载荷耦合作用的特点,采用液压伺服闭环控制原理,通过特定结构布置、液压动力系统和伺服扭转疲劳系统的合理设计,研制一种海洋气候环境-扭转疲劳试验设备。结果该设备可实现扭转角度、扭矩、频率等试验参数的精确控制,准确表征工作在海洋大气环境中的材料及结构扭转性能。结论新研制的设备适用于海洋大气环境下服役的材料及构件扭转性能试验验证与评估。     

塔体倾斜条件下船舶尾气SO2洗涤脱除强化

针对恶劣海况下船舶洗涤塔倾斜的情况,利用船舶尾气净化小试试验台,开展了洗涤塔不同倾斜角度下对镁基吸收剂脱硫效率影响的实验,研究了液气比、入口SO₂浓度、烟气量、浆液pH值、对洗涤塔内SO₂脱除效率的影响.结果表明：脱硫效率随洗涤塔倾角度的增大而降低.脱硫效率随液气比的增大而升高,较低的液气比时倾斜角度对SO₂脱除效率的影响更明显;脱硫效率随SO₂入口浓度的增大而略微降低,入口SO₂浓度较高时,SO₂脱除效率的降低随倾斜角度的增加变化较为明显;相同液气比条件下,脱硫效率随塔内烟气量的增加而升高;脱硫效率随浆液pH值的增大而升高,低pH值时SO₂脱除效率的降低随倾斜角度的增加变化较为明显.筛板-边壁环的加入可有效提高倾斜条件下洗涤塔的脱硫效率,倾斜角度为15°时,脱硫效率提高将约3%;倾斜角度为10°时,脱硫效率提高约5%;倾斜角度在5°以下时,脱硫效率可提高将近7%.     

危险废物填埋场复合衬层渗漏分析与污染物运移预测

以我国危险废物填埋场次防渗层采用1 mm高密度聚乙烯(HDPE)土工膜和0.5 m压实粘土衬垫(CCL)组成的复合衬层为研究对象,采用经验公式以及解析方法计算了不同缺陷条件下复合衬层的渗漏率.在此基础上,采用一维污染物对流扩散运移方程对重金属Cd~(2+)、Zn~(2+)、Cu~(2+)、Pb~(2+)击穿复合衬层的时间进行了计算和分析.结果表明:复合衬层渗漏率主要受到复合衬垫界面接触条件,渗滤液水位以及缺陷类型的影响;当复合衬层的漏洞密度为20个·hm~(-2)时,半径为5.64 mm的圆孔型缺陷其最大渗漏率为22.7 m~3·a~(-1)·hm~(-2);当单位面积裂缝长度为200m·hm~(-2)时,宽度为2 mm长度为1 m的裂缝型缺陷其最大渗漏率为42.5 m~3·a~(-1)·hm~(-2);Cd~(2+)可作为重金属污染物击穿复合衬层的指示性污染物,其击穿时间最长为2.74 a,最短为1.38 a;通过改变土工膜下伏土壤衬层的性能或增加土壤衬层厚度可延缓污染物击穿时间.     

基于电容成像检测技术的带防腐层金属结构缺陷检测

目的同时检测防腐层下金属结构表面缺陷和防腐层缺陷。方法应用电容成像检测技术同时检测防腐层下金属结构表面缺陷和防腐层缺陷,理论分析防腐层下金属表面减薄缺陷、防腐层下金属表面坑状缺陷和防腐层缺陷对电场线的扰动变化规律,仿真分析这三种缺陷对电势线的扰动变化规律,提出电容成像检测技术用于检测防腐层下金属结构表面缺陷和防腐层缺陷的可行性,并搭建电容成像检测系统,利用检测系统检测2 mm和4 mm防腐层下金属表面减薄1 mm和2 mm缺陷、金属表面坑状缺陷、2 mm防腐层下金属结构(防腐层含有通孔缺陷)。结果理论分析和仿真分析显示,电容成像检测技术具有检测防腐层下金属结构表面缺陷和防腐层缺陷的可行性。试验结果表明,电容成像系统能检测2 mm和4 mm防腐层下金属表面减薄1 mm和2 mm缺陷、金属表面坑状缺陷、2 mm防腐层下金属结构(防腐层含有通孔缺陷)。除此之外,在防腐层下金属表面缺陷处的检测结果值呈现上升的趋势,在防腐层缺陷处的检测结果呈现下降的趋势,据此规律可以区分防腐层下金属表面缺陷和防腐层缺陷。结论电容成像检测技术能检测防腐层下金属结构表面减薄缺陷和坑状缺陷,还能同时检测防腐层本身存在的缺陷。根据检测在防腐层下金属结构表面缺陷和防腐层缺陷所呈现的不同结果,可用于区分这两类缺陷,有利于为油气储运设施缺陷维修制定合理的方案。     

椭圆纤维过滤压降与惯性捕集效率数值分析

采用数值方法求解了描述椭圆截面纤维绕流特征的Navier-Stokes方程,并计算了椭圆纤维对粒子惯性捕集效率及纤维过滤压降.分析讨论了椭圆纤维迎风角度θ、长短轴比ε和填充率C等参数对惯性粒子过滤性能的影响.结果表明,在大迎风角度时,过滤压降随长短轴比增大而增大,而在小迎风角度下,过滤压降则随长短轴比增大而减小;在相同纤维长短轴比条件下,过滤压降均随迎风角增大而增加.粒子惯性捕集效率计算结果则表明,对于中高惯性粒子捕集,大迎风角度和高长短轴比的椭圆纤维的捕集效率高于圆截面纤维,而对弱惯性粒子,小迎风角度和高长短轴比的椭圆纤维则表现出较高的捕集效率.在椭圆纤维过滤压降和捕集效率计算基础上,采用纤维过滤质量因子（定义为捕集效率比过滤阻力）评价综合过滤性能.结果表明,对于中高惯性粒子过滤,扁长型椭圆纤维（即为高长短轴比ε）在迎风角约为θ=45°时质量因子总体较高,即具有较优的综合过滤性能;而对弱惯性粒子,则扁长型椭圆纤维长轴平行来流方向（θ=0°）时,总体过滤性能较优.     

高超声速飞行器异型气膜孔无喷流热增量研究

目的获取高超声速飞行器气膜孔不喷流时的热负荷增量。方法通过计算流体力学(CFD)方法针对典型高超声速飞行器50km、飞行马赫数为15条件下的无开孔、有开孔气膜冷、有开孔无喷流3种工况开展壁面热流分布研究。结果无开孔的最大热流分布在头部滞止点附近,约为2.2 MW/m~2,有气膜冷却的工况热流最高值在侧面气膜孔没有覆盖到的部位,约为1.4 MW/m~2,有异型孔但是不喷流的工况,热流密度最大值主要分布在开孔附近,最大值大于3.3 MW/m~2。结论对于在高超声速飞行器表面开孔采用气膜冷却方式冷却时,如果由于某种原因气膜孔不喷流,那么在孔的附近乃至整个滞止区域附近的热流负荷将会大幅度升高。