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关键词： 半开口槽   极槽配合   温度场   应力场  

摘要： 立式辊磨机现有的驱动系统采用异步电机和减速机的传动结构。此传动系统存在以下问题:传动链长,设备总的效率低,占用空间大,减速机后期维护工作多等。所以本文研究采用低速大扭矩永磁电机直接驱动立式辊磨机,立磨机的磨盘与永磁电机轴直接连接时,输出转矩的平稳性变差,永磁电机结构需要承受更大的力,受到长时间工作制与工作环境的温度等影响,永磁电机的各部分温升增加,尤其是散热困难的永磁体部分,大功率高压电机成本高,为了解决上述关键问题,本文主要作了以下研究: 将高压电机改为低压电机,采用多支路多变频器控制,多个低压小容量变频器代替单一高压大容量变频器,降低了制造成本。在输出转矩方面,对槽开口尺寸、极槽配合、不均匀气隙倍数以及磁极切削角度的不同方案对比研究,之后根据电机的实际工况确定电磁方案,用有限元仿真软件分析齿槽转矩、空载反电势、气隙磁密、负载输出转矩等,验证电磁方案的合理性。 针对永磁电机各部分温升增加问题,研究了槽开口对永磁体温升的影响,建立了机壳内矩形水道与定子轭部圆形水道两种冷却系统,在相同的流量与环境温度下进行冷却系统温度场仿真,验证冷却效果。仿真了在不同流速下冷却系统的降温效果,采用合理的流速来控制温升问题。 针对立式辊磨机用永磁电机受力问题,研究了转子结构部分的受力情况,采用两侧端板将键进行固定这种新结构,放弃了使用大量螺栓,建立新转子结构的三维模型并进行应力场有限元仿真,分析仿真结果后对转子结构进行改进,并使转子部分的键在最大负载时的变形量达到气隙的6%,符合要求。

关键词： 二维材料   第一性原理   应力   光学性质  

摘要： 单层二硫化钼（Mo S2）其独特的光学和电子性质,使其在高效光电器件中显示出巨大潜力。为进一步优化这些性质,研究者们探索了过渡金属掺杂的路径,改变材料的光吸收、反射和折射等光学性质。同时,理论与实验研究表明,施加机械应力可以有效的改变Mo S2的电子结构和光学性质,这对于调控其在光电应用中的性能至关重要。因此,本研究关注于应力作用下掺杂过渡金属的单层二硫化钼的光学性质,这对于未来设计和开发尖端光电器件至关重要。本文通过使用基于密度泛函理论的第一性原理研究方法,对掺杂Fe、Ni的单层Mo S2材料的光学性质在应力作用下的变化规律进行了研究。论文的主要内容如下: （1）构建了单层Mo S2的模型结构,使用Materials Studio软件中的CASTEP计算模块对模型进行结构优化。对单层Mo S2模型施加拉伸应力,计算吸收光谱、反射率、折射率等光学性质在拉伸应力调控下的变化规律。 （2）通过引入不同浓度的过渡金属原子Fe、Ni掺杂得到Fe-Mo S2、Ni-Mo S2单层掺杂体系并进行结构优化,基于优化后的稳定结构,计算在2.08%、3.70%和8.33%掺杂浓度下的光学性质。结果表明,掺杂Fe能够提高材料对光的吸收能力及反射能力,降低材料的折射能力。掺杂Ni能够提高红外光及可见光的吸收能力及反射能力,降低材料对可见光的折射能力。 （3）通过对掺杂3.70%、8.33%的Fe-Mo S2、Ni-Mo S2施加不同大小的拉伸应力,计算得到Fe-Mo S2、Ni-Mo S2体系的光学性质。结果表明,当对Fe-Mo S2、Ni-Mo S2施加拉伸应力时,其光学性质均会在应力调控下有规律的变化,说明应力能够有效的对Fe-Mo S2、Ni-Mo S2的光学性质进行调控。当对3.70%浓度掺杂Fe-Mo S2施加拉伸应力的情况下,其红外光和可见光的吸收能力先减弱后增强,表现出不同寻常的性质。

关键词： 石墨烯增强Cu基复合材料   激光切割   温度   热传导   应力  

摘要： 在经济全球化的背景下,材料性能轻量化技术在产品制造中提出了更高的要求,石墨烯增强Cu基复合材料由于具有高刚度、高模量、高强度、轻质等特点,已被广泛用于工业生产,但其制备、加工、切割还存在工艺不成熟、加工切割难等问题。目前,石墨烯增强Cu基复合材料主要依靠传统机械加工,该工艺在切割过程中,刀具易发生磨损降低加工效率及精度、复合材料极易发生剥离、加工之后的材料性能退化问题,无法达到工业化应用的要求。 近几年,激光用于材料的加工切割已受到人们的普遍关注,也为石墨烯增强Cu基复合材料的加工工艺开辟了一条新的路径。人们利用高能量密度的激光,精确定位加工区域、精准控制激光能量及作用时间,将材料快速加热熔融或气化,达到精确的加工效果。与普通机加工相比,激光加工精度高,加工速度快,制造成本低。在石墨烯增强Cu基复合材料的激光切割过程中,由于Cu合金与树脂材料在导热系数、密度等关键力、热性能上存在显著差异,会引发复合材料在界面处开裂、剥离,激光光斑中心较高温度导致树脂迅速气化,触发显著的相变引起的材料形变和分裂。为了解决上述问题,本文主要研究内容如下: (1)对激光加工石墨烯增强Cu基复合材料过程中温度扩散与传递、应力产生与作用机理进行探索和研究。利用热流传导公式和导热边界条件,以及有限元网格剖分的策略,构建激光切割热源模型的分析方法。 (2)应用仿真模拟分析激光加工石墨烯增强Cu基复合材料过程中温度场分布、应力场分布及相变情况。探索激光与石墨烯增强Cu基复合材料相互作用时温度场传导及变化规律。掌握激光平均功率、峰值功率、光斑行进速率、脉冲重复频率、脉冲宽度、焦点离焦量等工艺参数的优化配置。 (3)对石墨烯增强Cu基复合材料样品进行切割实验,获得实验HAZ样图并进行切割效果分析,结合仿真数据优化激光切割工艺参数:激光波长1080 nm、激光平均功率252 W、峰值功率1800 W、光斑行进速率18 mm/s、脉冲频率1400HZ、脉宽0.1 ms、焦点光斑半径0.3 mm,再次实验结果分析,样品材料的切割质量得到较大的提高。 以上研究一定程度上解决了石墨烯增强Cu基复合材料在激光在切割过程中由于工艺参数设置不当,导致热积累破坏材料组织结构的问题,为优化切割工艺、有效控制HAZ的宽度和切缝的质量做了有意义的探索。

关键词： 压力管道   应力分析   内容特点   路径探析  

摘要： 压力管道是指输送流体的钢管，具有承压能力高、安全性能好等优点，最高压力>100MPa,最大允许流速<0.1m/s,介质为气体和液化气体，通常用在石油化工、电力、冶金以及其他工业领域。随着经济的发展和人民生活水平的提高，社会对能源的需求量也不断增加，促进高压管网建设规模不断扩大。鉴于压力管道工程施工过程复杂且质量控制要求严格，因此有必要建立1套适合于该行业特点的施工管理办法，用以确保工程质量。

关键词： 深厚回填土   嵌岩灌注桩   静载荷试验   应力   极限承载力   数值模拟  

摘要： 中国经济飞速发展,沿海地区经济可以说是中国经济发展的重要组成部分,但目前沿海地区土地资源严重匮乏。为解决日益紧张的土地问题,工程界正逐步向大海索要土地,开始建造围填海工程。大直径嵌岩灌注桩因其具有承载能力强、沉降量小、抗震性能好、造价低等优势,被广泛应用于高层建筑、内河港口、跨海大桥等大型建筑物基础中。目前在开展大规模嵌岩桩现场试验时,由于桩土相互作用较为复杂,现场试桩又难以加载至极限状态,导致嵌岩段侧摩阻力与桩端阻力的发挥机制仍未明确,嵌岩桩的承载特性仍有研究的必要。因此,本文以现场静载荷试验和ABAQUS有限元模拟互为补充,揭示深厚回填土中大直径嵌岩灌注桩的荷载传递规律,探讨深厚回填土中大直径嵌岩灌注桩承载特性的影响机制。主要工作及研究成果如下: （1）依托于青岛市某人工岛填海区域3根大直径嵌岩灌注桩,通过大吨位静载试验及桩身应力测试,将其中2根试桩加载至破坏,明确了深厚回填土中大直径嵌岩灌注桩的荷载传递机理和竖向承载特征。3根试桩荷载-位移（Q-s）曲线均呈缓变型,SZ1与SZ3卸载后桩顶沉降有回弹,SZ2发生失稳破坏、无回弹,SZ1、SZ2、SZ3的桩顶沉降分别为32.42、61.45、43.86 mm;上覆土层侧摩阻力较小,嵌岩段承载力较高,且能满足设计要求;根据现场试验确定试桩SZ1的竖向抗压极限承载力不低于16000 k N、试桩SZ2在16000～17600 k N之间、试桩SZ3在17600～18400 k N之间;利用指数曲线模型进一步探讨了3根试桩的极限承载力,并确定指数曲线函数中参数k的取值为-9.11×10-5,通过工程实例验证了修正后的指数曲线模型在预测大直径嵌岩灌注桩极限承载力时具有较高的精度。 （2）基于青岛市某人工岛填海区域大直径嵌岩灌注桩试验结果,利用ABAQUS有限元软件建立桩-土-岩耦合作用模型,桩身材料选用线弹性模型,岩土材料选取Mohr-Coulomb模型和Drucker-Prager模型。将有限元模拟数据与现场实测结果对比发现,3根试桩在最大加载量下所对应的桩顶沉降误差、各级荷载下桩身轴力误差均值均较小,表明该模型具有较高的计算精度。最大荷载作用下,3根试桩桩侧摩阻力与桩端阻力分担桩顶荷载比例分别为40%、60%,表现为摩擦端承桩特性;桩端阻力与桩顶荷载基本呈线性增长;在嵌岩段出现桩端阻力增大效应,致使桩侧摩阻力出现多个峰值以及桩侧与桩端交接处的侧摩阻力值发生突然增大现象。 （3）揭示了基岩弹性模量、嵌岩深度、桩身混凝土强度等对深厚回填土中嵌岩灌注桩承载特性的影响规律。结果表明,基岩弹性模量越大,桩顶沉降量越小,嵌岩桩承载力越大;随着基岩弹性模量等量增大,桩顶沉降减小速率越来越小。单桩竖向承载力与嵌岩深度的增加有关且呈非线性关系,嵌岩深度越大,嵌岩段的轴力曲线斜率变化越大。随着嵌岩深度的增加,桩土总阻力占比逐渐减小,桩岩总阻力占比增大幅度高达80.1%。桩身混凝土强度对嵌岩桩的承载力有较大影响,但对嵌岩桩轴力分布规律、岩土层平均侧摩阻力影响较小。随着桩身混凝土强度等级的逐级增高,桩顶沉降的变化量呈递减趋势,为节约工程成本,可以使用强度等级较低的混凝土来代替高强度混凝土。

关键词： 蒸汽发生器传热管   应力分析   疲劳寿命   腐蚀疲劳  

摘要： 循环水系统内漏事故在核电站中循环水系统内漏事故较容易发生,事故发生时海水会沿着二回路进入蒸汽发生器中,海水中杂质离子在蒸汽发生器内进行迁移、富集,最终在管板、支撑板与传热管之间杂质离子浓度显著升高,传热管容易发生电化学腐蚀,在传热管表面形成点蚀缺陷。蒸汽发生器传热管点蚀缺陷位置处存在应力集中,使得点蚀缺陷成为应力腐蚀裂纹源,容易造成传热管的破裂。另外蒸汽发生器运行时不可避免地存在压力波动和温度波动形成循环载荷会对传热管造成疲劳损伤。蒸汽发生器传热管点蚀缺陷处如果遇到循环载荷会导致疲劳降质,在交变应力作用下,会促进传热管点蚀缺陷萌生裂纹,加速裂纹扩展,最终蒸汽发生器传热管因点蚀缺陷造成腐蚀疲劳破坏而引起破裂。 为保证蒸汽发生器运行安全,需对蒸汽发生器传热管开展寿命评估。建立无腐蚀条件和预腐蚀条件下蒸汽发生器传热管疲劳寿命数值模型,分析蒸汽发生器稳定运行时温度和压力波动下、瞬态运行时线性降负荷、阶跃降负荷、启堆与停堆工况传热管应力和疲劳寿命分布。与此同时,为实现核电站循环水系统内漏事故发生时刻后的传热管寿命预测情况而建立腐蚀疲劳损伤演化模型,基于该模型开发循环水系统内漏工况下传热管腐蚀疲劳损伤剩余寿命分析程序来计算传热管损伤值。通过数值模拟和程序分析,可以得到一种适用于蒸汽发生器传热管寿命分析方案,为核电站循环水系统内漏事故提供技术支持,为蒸汽发生器安全运行等提供一定参考。 通过蒸汽发生器传热管疲劳仿真分析表明无腐蚀条件下蒸汽发生器稳态工况运行时管板、支撑板和防震条约束的传热管为疲劳危险点;瞬态工况运行时传热管热端为疲劳危险点;启堆和停堆工况运行时防震条约束的传热管为疲劳危险点。疲劳仿真结果表明预腐蚀条件下蒸汽发生器传热管最容易发生失效的位置是点蚀缺陷处,相比于无腐蚀条件,预腐蚀条件时蒸汽发生器传热管腐蚀疲劳导致其寿命下降1～2个数量级。循环水系统内漏工况下蒸汽发生器传热管寿命影响因素分析中表明腐蚀疲劳损伤呈现非线性分布,在事故发生前期传热管损伤是以疲劳损伤作为主导,到事故发生后期传热管损伤是以腐蚀效应作为主导,腐蚀效应对传热管剩余寿命影响随运行时间增加而逐渐加强。

关键词： 钢混组合梁   湿—力耦合   湿接缝   应力场   湿度场  

摘要： 钢混组合梁桥面板通过结合钢材和混凝土的优点,在实际桥梁工程中,特别是在大跨度桥梁中的应用比较广泛。由于钢混组合梁桥面板的受力复杂,桥面板和湿接缝处混凝土内部湿度差异显著,混凝土收缩徐变自应力分布不均匀,局部容易产生裂缝从而影响结构耐久性。因此,作为钢混组合梁耐久性的薄弱环节,钢混组合梁格混凝土内湿度和干缩应力的研究至关重要。本文的主要研究内容与结论如下: (1)开展了混凝土内部湿度及收缩应变测试试验,探究了在单轴干燥条件下,混凝土距离干燥面不同深度处湿度分布规律和混凝土收缩应变的变化规律,总结了混凝土内部湿度变化对混凝土收缩应变的影响。 (2)建立了混凝土湿度—应力耦合分析模型,通过试验数据对湿度场关键参数进行识别标定,完成了混凝土早龄期湿度和变形耦合分析,得到了不同边界条件下混凝土内部湿度分布和各截面应力特征,并总结得出混凝土内部湿度及干缩应力长期分布规律。 (3)根据钢混组合梁格桥面板截面特点,开展了不同龄期混凝土现浇带不均匀收缩试验,总结了新混凝土浇筑后不同龄期混凝土内部湿度时变特征及应变分布规律;通过有限元模拟分析,进一步研究了不同龄期混凝土结合结构内部湿度及干缩应力长期分布规律,发现了不同龄期混凝土结合面处出现名义拉应力,为后续进行钢混组合梁格桥面板有限元分析提供参考。 (4)依托蓼子特大桥实际工程,建立ANSYS有限元模型对钢混组合梁格桥面系进行湿度场和结构场耦合分析,进一步探究了钢混组合梁格桥面系内部湿度场和应力场的时变特征,总结了湿接缝浇筑后不同龄期混凝土结合面处裂缝产生的原因,并通过分析为预防桥面板微裂纹的产生提出了养护改善措施。

关键词： 激光熔覆   温度场   应力场   液压支架   参数优化  

摘要： 液压支架是采煤生产过程中重要的支护设备,由于其长时间处于恶劣的工作环境,液压支架上的立柱活塞杆容易受到腐蚀、磨损以至于失效,需要及时对液压支架进行表面改性工作。激光熔覆技术可以使熔覆材料与立柱活塞杆基体形成致密性良好的冶金结合的熔覆层,提高立柱活塞杆的耐磨性、耐腐蚀性,因而是现阶段最常采用的一种表面改性手段。不同的工艺参数对于激光熔覆成形质量具有较大的影响,不同的冷却速率直接影响着熔覆层的微观组织,而通过实验优化工艺参数的过程较为复杂、且成本较高。因此,通过研究激光熔覆液压支架立柱活塞杆过程中工艺参数对熔覆层成形结果的影响,得到最佳优化工艺参数组合,探究不同冷却条件下成形熔覆层组织形貌,分析激光熔覆过程中温度场与应力场的演变过程,掌握激光熔覆过程的基本规律,为激光熔覆生产实践提供理论依据和技术支持,具有非常重要的科学意义和现实意义。论文主要研究工作如下: (1)通过ANSYS APDL有限元分析软件建立单层多道激光熔覆立柱活塞杆有限元模型并进行合理的网格划分,基体材料选用27Si Mn钢,熔覆材料选用FZC-413合金,并赋予基体和熔覆层单元不同的材料属性;考虑到激光对熔池的加热情况,使用高斯热源模型模拟激光热源,利用生死单元法及APDL程序编程语言实现热源模型的施加与移动,模拟熔覆层的填充过程,从而更好地模拟激光熔覆过程。 (2)基于响应面法采用中心复合试验设计方法,设计三因素三水平的正交试验并得到对应的仿真试验结果;分别构建熔深、热影响区深度、稀释率响应回归模型并进行有效性检验,得到各工艺参数对响应量的影响主次顺序;并研究各工艺参数对熔覆层成形质量的影响;基于多目标优化理论,以激光工艺参数为约束条件,以熔覆层综合质量为优化目标,得到了优化后的最佳工艺参数组合,且各优化目标值与期望优化目标值误差仅为2.6%、3.3%、1.6%,很好地实现了期望优化目标。 (3)利用优化后的工艺参数为试验参数,考虑了材料热物理性能随温度变化的影响,采用间接顺序热-应力耦合法进行仿真试验,得到了在最优加工工艺参数组合下的激光熔覆立柱活塞杆的温度场与应力场演变过程,探究了激光熔覆过程中的温度变化规律和多道熔覆层之间的相互影响,分析了在不同冷却速度下的熔覆层组织转变情况,设计了实验验证方案进行验证;研究了不同时刻应力场云图的分布及演变规律,分析了熔覆过程中最大应力的变化情况。 图[47]表[11]参[83]

关键词： 纤维混凝土   桥梁加固   铺设厚度   铺设层长度   应力  

摘要： 超高性能纤维混凝土作为一种新型建筑材料，在公路桥梁加固中具有广泛的应用前景。文章分析了超高性能纤维混凝土在公路桥梁加固应用中存在的问题，并提出了相应的优化措施。通过实例进行分析得出，在保持铺设厚度不变的情况下，钢纤维混凝土在跨径10 m下加铺层最佳的应力点是加铺层长度50 cm，在跨径20 m下加铺层最佳的应力点是加铺层长度75 cm，在跨径30 m下加铺层最佳的应力点是加铺层长度100 cm，也就是说，加铺长度随着跨径的增大而不断增加；当钢纤维混凝土在跨径相同、加铺层长度相同时，加铺层对应的有效应力随着加铺层厚度的增加而逐渐减小；当钢纤维混凝土在跨径相同、加铺层厚度相同时，有效应力随着加铺层长度的增加而逐渐变平缓且减小。

关键词： 工程力学   课程思政   评价体系   研究   高等教育  

摘要： 在高等院校中，课程思政是教师非常重视的一项内容。然而，在课程思政教学实践中，却仍然会出现教学理念低浅化、简单化的问题。教学内容的浅显化、宽泛化的偏差和教学理念与方法生硬化、单向化的倾向，这些都会深刻地影响到学生的学习效率，导致高等教育始终无法具有较高的质量。因此，对课程使用评价体系进行深度研究就显得尤为重要。基于此，本文通过对《工程力学》课程思政评价体系进行研究，希望可以为更好地开展相关工作予以帮助。