海洋延寿平台随机冰激响应与损伤评估

直立结构上冰力作用是国际海洋石油工程界研究的一个热点,尽管很多学者建立了各种冰力破碎模型,但是这些理论模型实现对冰与直立结构交互作用过程的量化模拟还存有较多困难.针对胜利油田大量海上平台超期服役现状,选择渤海现场实测的随机冰力时程曲线,考虑腐蚀减薄、桩基冲刷、海生物附着等服役损伤,建立海洋延寿平台结构有限元模型,研究随机冰力作用下海洋延寿平台构件的时程响应,采用疲劳等效应力幅来描述随机冰激疲劳应力过程产生的疲劳效应,最后基于Miner线性累积疲劳损伤模型采用S-N曲线法评估平台构件的疲劳损伤,该方法为进行可适合工程应用的渤海延寿平台疲劳评估提供了思路.     

大型回转窑托轮轴疲劳断裂分析与防治

回转窑由于其支承载荷分配不均 ,托轮轴疲劳断裂现象频繁 ,这就严重影响了生产的正常进行 ,造成重大的经济损失。笔者通过对回转窑的托轮轴进行力学分析 ,导出托轮轴等效对称循环应力幅的计算方法 ;对现场回转窑进行分析计算 ,得出该窑托轮轴危险截面等效应力幅与所受载荷的线性关系 ,从而得到托轮轴疲劳极限对应的载荷值和一些重要结论 ;提出通过轴线检测和调整来控制托轮所受载荷 ,使托轮轴处在疲劳极限下运行 ,从而减少托轮断轴事故带来的重大损失 ,有着较好的经济效益     

基于光纤传感技术的过山车疲劳寿命预测研究

过山车承受复杂随机交变循环载荷,其引起的疲劳损伤是过山车突然失效的主要原因,过山车结构的疲劳及由此引起的安全问题愈来愈突出。本文采用光纤光栅传感器对过山车关键结构的应力进行实时监测。针对实时监测数据,采用双参数四峰谷值雨流快速计数程序,对光纤光栅监测得到的实时应力监测数据进行数据压缩、峰谷值挑选、无效幅值去除等,得到疲劳损伤热点区的有效应力幅。同时采用Miner线性累积损伤理论和名义应力法对过山车热点区的累积损伤和疲劳寿命进行计算与预测。根据热点区2个测点的疲劳寿命分析结果,该过山车轨道的疲劳寿命满足规范基本要求。本文将光纤传感在线实时监测技术与疲劳寿命预测方法相结合,为更加准确的实现过山车的累积损伤及疲劳剩余寿命的实时显示和分析提供了新手段。     

少载荷级数下桥式起重机桥架疲劳安全寿命研究

提出了一种针对少载荷级数作用下的桥式起重机桥架裂纹萌生寿命计算的新数值模拟方法。该方法利用ANSYS软件中的生死单元模拟吊重起升和小车运行,得到桥架在3级载荷作用下的瞬态应力响应,将应力数据集导入到疲劳软件FE-SAFE中,根据多轴局部应力应变算法,基于Morrow平均应力修正下的Brown Miller损伤模型,对32t/A6桥式起重机桥架进行疲劳分析。计算结果表明,桥架疲劳寿命满足使用要求,疲劳失效主要发生在端梁腹板的拐角处。     

钢筋混凝土矩形梁在实际火灾下正截面承载力数值计算

为了正确评估钢筋混凝土矩形梁在实际火灾条件下的承载力,以一般室内火灾轰燃后的房间平均温度-时间曲线为火作用,以建筑结构耐火理论为基础,采用数值计算方法研究钢筋混凝土矩形梁的正截面承载力.研究结果表明:梁的承载力随火灾房间温度升高而变小,在温度达到最大值后承载力达到最小值.火灾房间火灾荷载越大,开口因子越小,火作用越大,梁的最小承载力越小;反之相反.相同条件下梁支座截面的承载力要大于跨中截面.     

埋地热油管道泄漏裂纹开裂的应力研究

研究了导致埋地热油管道泄漏裂纹开裂的应力机制,采用有限元方法对埋地热油管道进行模拟计算,求得热-结构耦合作用下管道整体当量应力变化云图,并得出管道弯管处应力高于直管段应力的结论;继而采用电阻应变测试法对埋地热油管道的弯管处进行实时应力测定,并绘制了各测点的轴向和周向应力变化曲线,通过各测点应力比较得出弯管内侧有两点应力波动幅值偏大,弯管外侧4号测点处轴向应力超过管材的屈服点。结果表明:在结构-热应力耦合作用下,埋地热油管道在弯管外侧轴向应力最大,易有I型裂纹萌生并扩展,在弯管内侧易有疲劳裂纹萌生并扩展。     

钢筋混凝土矩形梁的当量耐火时间

为了正确评估钢筋混凝土矩形梁在实际火灾条件下的承载力,以一般室内火灾轰燃后的房间平均温度一时间曲线为火作用,以热传导和建筑结构耐火理论为基础,以梁在实际和标准火灾下的承载力相等为等效准则,用数值计算方法研究梁的当量耐火时间,并用最小二乘法导出其计算公式.火灾房间火灾荷载越大,开口因子越小,梁的当量耐火时间越长;反之越短.所给梁的当量耐火时间可用于建筑结构性能化耐火设计与评估:当火灾荷载密度较大,开口因子较小时加大梁的截面参数以获得安全性,反之,减小截面参数以获得经济性.     

煤矿砂岩动态力学性能试验与分析方法研究*

为研究动载荷作用下煤岩体测试与分析方法,基于直径50 mm分离式Hopkinson试验装置,采用半导体应变片和电阻应变片2种方法采集透射波,开展淮北矿区典型砂岩动态冲击压缩试验,采用二波法和三波法分别计算得到砂岩试件的应变率、应力和应变峰值等动态力学参数以及能量耗散特征,分析不同应变片种类和计算分析方法的差异性。结果表明:不同计算分析方法得到的应力应变曲线形态基本一致,2种应变片采集的数据可以组合使用;与电阻应变片相比,半导体应变片灵敏系数高,由其采集数据计算得到的应力值高、峰值应变小、应力应变曲线光滑,三波法处理数据具有更高的可靠性;根据2种应变片测试数据计算得到试件应变率、动态强度及峰值应变均随冲击速度的增加而增加,试件吸收能量变化也具有一致性,能量耗散率误差在10%以内。研究结果可为煤矿软岩动态力学性能测试与分析提供参考。     

非典型约束形式下海洋平台波纹板舱室抗爆能力评估

针对非典型约束条件即底部端面梁固定约束、其他各端面梁连接约束的海洋平台关键舱室,其波纹板舱壁在油气爆炸载荷下抗爆能力研究不足,采用数值模拟方法,结合考虑材料应变率效应的实验验证,分析爆炸载荷下舱壁动力响应及破坏模式。由传统位移指标不能准确评估该模型的抗爆能力,提出基于应变的评价指标,以此建立P-I评估曲线。研究表明舱壁与底部端面梁连接部位首先达到最大破裂应变发生破裂,其为超压与冲量共同作用结果;舱室可抵抗超压40 kPa、冲量230 kPa·ms的载荷而不发生塑性变形;舱室可抵抗超压85 kPa、冲量400 kPa·ms的载荷而不发生破裂。提出的以应变为指标的P-I曲线可量化舱壁损伤评估区间,结合爆炸载荷值,准确评估舱壁抗爆能力及损伤大小,为工程人员优化舱壁抗爆能力、确定灾后控制措施提供指导。     

基于损伤力学的桥式起重机疲劳寿命分析

为了评估桥式起重机金属结构的前期寿命,保证起重机的工作安全,需要建立对应的损伤理论模型并结合结构疲劳合算点的疲劳应力谱来评估寿命.通过Q235B钢的常温静拉伸疲劳试验获得不同循环应力(220～300 MPa)下的疲劳寿命,在双对数坐标下通过拟合得出lg(1-D)与lg(1-N/Nf)的线性关系,继而确定损伤模型中的初始损伤值D0和损伤指数q,从而建立20℃下的Q235B钢损伤退化模型.以动态仿真计算桥机的疲劳危险点应力-时间历程,通过雨流计数法建立桥式起重机应力谱.通过ANSYS仿真分析桥式起重机金属结构受力状态,计算各危险点在不同应力情况下的损伤累积,以临界损伤为界(De=0.2),评估桥式起重机金属结构的前期寿命.通过上述方法评估某厂桥机的前期寿命为37.72 a.研究表明,损伤力学结合应力谱评估前期寿命的方法是可行的,可为起重机日常维护管理提供参考.     

Q345(16Mn)钢在恒温加载条件下的应力-应变曲线和弹性模量

为评估和分析钢结构的耐火性能，对我国10个钢厂生产的16Mn钢进行152次恒温加载试验研究。结果表明，钢材的应力-应变曲线随温度升高，应力变小而应变增大，曲线斜率即弹性模量随温度升高和应变增大而趋于零。钢材在高温下的弹塑性性质非常明显，在钢结构高温性能分析中应当考虑这种特性。依据试验结果构建了以表格形式表达的钢材折线应力-应变曲线和弹性模量，为火灾下钢结构的变形和温度应力计算提供参考。     

车用CNG2气瓶金属内胆低周疲劳行为分析

在对CNG2气瓶进行有限元分析的基础上,对应变集中区域的应力进行了分析。运用Manson-Coffin公式,结合气瓶内胆的应变疲劳性能计算得到疲劳寿命,计算结果与气瓶疲劳试验寿命相符。制造过程中使用预紧工艺或过载方式产生塑性变形和残余压应力,可以提高应力强度范围门槛值,使裂纹启裂减慢,从而延长了气瓶的疲劳寿命。     

含缺陷自增强超高压容器疲劳评价研究

自增强超高压容器越来越广泛的被应用于化工行业,这些超高压容器一般处于高幅度的循环内压作用下,因此经常承受疲劳损伤,特别是对于结构不连续位置。本文对含有内外表面体积型沟槽缺陷的超高压容器进行了疲劳分析以评价疲劳寿命。采用弹塑性有限元计算了自增强超高压容器的残余应力分布,并与解析计算方法和实测残余应力结果进行了比较。还通过有限元方法计算了缺陷处的交变应变幅,并采用Basquin-Manson方法对超高压容器的疲劳寿命进行了评价。结果显示,缺陷的存在显著降低了超高压容器疲劳寿命。     

循环载荷下煤裂隙演化试验研究

为了研究循环载荷下的煤体裂隙演化特征，在不同应力水平和不同频率条件下分别进行煤样破坏力学及声发射试验。结果表明:应力-应变曲线呈疏-密-疏的变化特征，对应的振铃数柱状图呈U型；上限应力点的应变值、累积能量、撞击计数均随循环次数增加而上升，曲线呈倒S型；煤裂隙演化经历了原始裂隙闭合、新生裂隙稳定发育和裂纹贯穿破坏等3个不同阶段；循环载荷的应力水平和加载频率对煤体疲劳寿命的影响具有差异性，对煤体裂隙演化和破坏模式均有明显影响。     

基于PepS管道热疲劳分析中瞬态处理方法的研究

管道热疲劳是管道损伤的主要原因之一,存在疲劳破坏风险的核安全级管道均需要进行疲劳分析.核电厂管道热疲劳分析的难点在于瞬态工况的处理,需要充分地分析每个物理瞬态中所包含的应力幅值变化情况.在RCC-M规范下,以某核电站安注管道的典型瞬态工况为例,本文采用PepS软件分析了该管道的疲劳寿命,并总结出适用于一级管道热疲劳分析...     

天然气管道局部等效应力及塑性变形评估

为了研究腐蚀及地面运动对埋地天然气管线安全性的协同影响,以X80管道为研 究对象,模拟腐蚀缺陷及土壤力作用于管道之上,利用有限元方法对有腐蚀缺陷与预应 变情况下的管道局部等效应力及塑性变形进行评估,结果表明腐蚀缺陷的深度对局部应 力和应力分布影响非常明显,在失效压力预测中起着决定性作用。随着腐蚀深度的增加 ,应力集中增强,导致内表面和外表面的等效应力大小进一步分化,腐蚀深度的增加对 管道内表面的等效应力的影响很大,但对有效塑性应变的影响却不大。模拟管道上施加 有纵向应变的土壤力,不论拉伸与压缩的情况下,都会降低管道的失效压力,在施加拉 伸预应变下的管道失效压力小于压缩预应变下的。塑性变形首先发生在外表面处,并扩 展到腐蚀缺陷相邻区域,管道内表面也具有一定的塑性变形,但强度低。     

测定回弹法专用测强曲线的数据融合方法

混凝土强度现场检测结果的准确性直接关系到结构的安全性。笔者利用通用回弹测强曲线提供的共性信息和现场试验得到的个性信息 ,通过数据融合方法 ,提出适应于现场情况的混凝土强度与回弹值之间的关系曲线。该曲线仍运用原有的幂函数形式并保持回归参数不变 ,通过增加位置参数反映现场试验的个性信息。其修正后的结果既反映混凝土回弹值和强度值之间的一般关系 ,又反映现场试验的实际情况。在混凝土回弹检测中采用该曲线 ,可极大地提高检测精度和检测结果的可靠性     

储气库含裂纹缺陷井筒寿命可靠性预测方法研究

为了探究地下储气库井筒管柱裂纹缺陷对井筒寿命的影响，采用随机裂纹扩展融合概率密度演化法(Probability Density Evolution Method, PDEM)模型对含裂纹缺陷井筒进行寿命可靠性预测。通过修正后的裂纹特征向量，采用总变差减小(Total Variation Diminishing, TVD)差分格式求解出特征值概率密度函数，可得到其疲劳寿命可靠性，研究不同裂纹长度和井筒内压下，井筒管柱裂纹处最大应力和应力强度因子K的变化规律，并对其模型预测进行性能分析。结果表明：概率密度演化法得到的井筒裂纹尺寸曲线与Monte Carlo法的结果吻合性良好，且概率密度演化法计算简单、精度高，模型预测误差率在11%以内；最大应力及应力强度因子K随着井筒压力、裂纹长度的增加而增大，当最大应力超过材料屈服强度350 MPa后，则增长趋势逐渐减缓直至趋于平稳。     

封板与砼参数对U型约束砼拱架的影响研究

为研究封板厚度与混凝土强度对矿用U型约束砼拱架的影响规律,设计了U型约束砼短柱轴压模拟方案。从短柱破坏形态、应力应变曲线、极限承载力等方面进行对比分析,结果表明,封板厚度、混凝土强度均对试件应力应变曲线基本特征、弹性模量无明显影响,但提高混凝土强度、增加封板厚度可以提高试件弹性极限值与极限承载力。     

典型压力容器用钢13MnNiMoR的高温疲劳性能研究

低周疲劳破坏是压力容器的主要失效形式,研究压力容器用钢在高温下的疲劳性能,对于保证该类结构在高温下的安全运行,具有重要意义。本文对典型压力容器用钢13MnNiMoR,进行了高温拉伸实验,获得了高温拉伸力学性能随温度的变化规律;进行了高温低周疲劳实验,获得了不同温度下的疲劳性能,建立了相应温度下的应力寿命曲线,并分析了应力寿命曲线随温度变化趋势;根据实验结果对JB4732中疲劳设计曲线是否适用于中高温进行了讨论,并对其在高温下的修正工作提出了想法。