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关键词： 风电机组   高速制动器   壳体   ANSYS Workbench软件   荷载   应力  

摘要： 本文利用ANSYS Workbench软件中的Static-Structural模块对现代化的某型号风电机组的高速制动器壳体进行了应力分析。分析结果显示:高速制动器在制动过程中,其上壳体的最大应力大于其壳体材料的屈服强度,这极易造成上壳体结构的变形,而通过增加半径为1 mm的圆角进行过渡,使上壳体的应力大幅减小,最大应力低于其壳体材料的屈服强度。该研究结果可为现代化的某型号风电机组高速制动器壳体的优化设计提供可行性方案。

关键词： 水闸结构   低温季节施工   温度裂缝   温控措施   应力场  

摘要： 水闸属于薄壁大体积混凝土结构,实践表明,若不采取温控措施,尤其是低温季节施工的混凝土水闸结构在浇筑初期极易出现表面裂缝,后期易扩展为贯穿性裂缝。弄清各温控措施对水闸温度场、应力场及开裂风险的影响,是制定水闸温控指标和防裂措施的前提。以某在建的低温季节浇筑水闸工程为研究对象,利用三维有限元法,计算分析了在低温季节浇筑施工时水闸结构的温度场、应力场特性,重点进行了开裂风险的敏感性分析。结果表明,单一温控措施的防裂效果有限,控温浇筑、表面保温、冷却通水必须相互协调,能有效控制水闸温度应力并避免裂缝产生。

关键词： 无拱度桥式起重机   主梁   挠度   应力   热-机械耦合  

摘要： 无拱度桥式起重机主梁的研发对于起重行业的创新发展具有重要的意义。在复杂多变的多物理因素耦合工况下,无拱度主梁的荷载与挠度之间的关系较为复杂。在考虑温度荷载作用下,搭建了无拱度主梁桥式起重机的挠度与应力理论分析模型,并给出了相应的计算公式,探讨了在温度、跨度、起质量、宽度和高度的多物理耦合因素作用下,无拱度桥式起重机的主梁挠度与应力的变化影响规律。同时以32 t-25.5 m无拱度桥式起重机主梁为研究对象,在热-机械耦合工况下,通过理论与有限元模型仿真对比分析,验证了其理论公式的合理性。研究成果对于无拱度桥式起重机的设计研发和拱度取消安全范围制定标准提供理论指导。

关键词： 管线支吊架   设计原则   结构型式   支吊架荷载   应力分析  

摘要： 管线支吊架作为管线应力的支撑和隔断,对保护设备及管线系统起着至关重要的作用。本文结合海洋平台管线支吊架设计的现状,为使设计能够达到最优化,做到既能保障工程设计的安全性,又能降低工程建造成本,对海洋平台管线支吊架的设计进行浅要的探讨和分析。

关键词： 椭圆井眼   非均匀地应力   套管   应力   半解析解  

摘要： 为研究井壁崩落形成椭圆形井眼后套管受力情况,在弹性力学理论的基础上,结合复变函数方法建立了非均匀地应力作用下椭圆形井眼内套管-水泥环-地层组合体应力模型,根据应力边界条件与位移单值条件得到了系统各界面处应力分布的半解析解;并探究了井眼椭圆度、水泥环弹性模量和泊松比对套管外壁径向应力与Mises应力的影响。研究结果表明:与圆形井眼相比,椭圆形井眼能减小套管所受最大应力,降低应力非均匀度;高泊松比、低弹性模量水泥环也有利于减小套管受力。研究成果对井壁崩落段地层钻井液密度、套管规格选取和固井水泥性能设计具有重要的指导意义。

关键词： 水轮机转轮   强度校核   应力分析   预应力模态   水力共振  

摘要： 围绕转轮结构稳定与机组安全运行问题,基于流固耦合理论,对混流式水轮机进行流场仿真与转轮结构响应求解。首先,将流道水压作为荷载进行静力学计算,校核转轮强度,并获取不同工况下应力与变形分布;然后,开展瞬态计算,探究转轮动应力随时间的变化规律;最后,通过预应力模态计算获得多阶振频与振型,分析水力共振的可能性。结果表明,受力符合材料强度要求,应力集中在转轮叶片出口边,随着功率增大应力峰值位置从轮毂交接处向下环交接处发展,交变应力的波动周期与运转周期一致。流道内压力脉动中2倍叶频引发的共振对转轮体现为摆动、挤压、扭转型,3倍叶频激发转轮产生6阶及以上共振,对叶片破坏作用最大,导叶与转轮动静干涉诱发转轮共振可能性低。

关键词： 膝关节骨性关节炎   开放楔形胫骨高位截骨   有限元分析   下肢力线   应力  

摘要： 目的:构建有轻度内侧膝关节骨性关节炎的膝关节有限元模型,模拟行开放楔形胫骨高位截骨术,通过撑开角度的不同,获得不同的力线矫正,对膝关节力学变化进行有限元分析。通过有限元技术来分析不同矫正力线下的膝关节生物力学的变化,来找到合适的力线矫正,去验证Fujisawa点是否合理。为临床运用开放楔形胫骨高位截骨术治疗轻度内侧间室膝关节骨性关节炎提供力学研究基础。方法:收集3例患有内侧间室膝关节骨性关节炎的患者的三维CT及MRI影像学资料,将该影像学资料以DICOM格式数据导入Mimics21.0软件中,分别提取出股骨、胫骨、腓骨及髌骨等骨性结构蒙版以及软骨、半月板及韧带等非骨性结构蒙版,组合配准后建立三维有限元模型。在Hypermesh2019中实现网格划分后导入Abaqus6.14中进行分析。将膝关节最内侧设定为0%,最外侧为100%。材料赋值后,模拟行开放楔形胫骨高位截骨术,使得术后矫正力线通过45%、50%、55%、60%、62.5%以及65%处,载荷为300N,进行膝关节力学变化的研究。结果:根据膝关节及钢板应力分布图可见不同矫正力线下胫骨平台以及钢板上的应力分布不同。当矫正力线通过62.5%附近时,胫骨平台上的内外侧应力分布最均匀,内外侧应力集中区域面积最为接近;当下肢矫正力线通过55%时,钢板应力分布最为均匀,所受峰值应力最小,分别为7.99MPa,9.04MPa,8.98MPa。结论:有限元分析证实了通过62.5%点附近时,膝关节内外侧平台应力分布最为均匀,在55%点附近时,钢板上所受的最大应力较小。在术中,在考虑膝关节生物力学稳定的同时,应兼顾钢板所受的应力,降低钢板断裂并发症发生的风险以及减轻应力遮挡效应。

关键词： RV减速器   应力场   表面涂层   摩擦学   传动性能  

摘要： RV减速器在工业机器人中占据核心地位,其传动性能优劣直接影响整机的传动效率和工作寿命。工业机器人作为智能制造领域中的重要组成部分,随着工业机器人国产化的快速发展,机器人传动系统的关键部件RV减速器愈加成为学术和产业化的前沿热点。相较于国际先进制造厂商,我国自主研发制造的减速器产品性能不稳定,此外面对缺少整机性能测试全面研究的困境,以实现高精度测试为基础稳步优化RV减速器传动性能的难题亟待解决。在以实现降低传动装置的尺寸、节省使用材料、保证轻量化的同时提升传动效率为发展目标的驱动下,表面改性新技术作为一种多学科交叉、综合,多技术融合、集成的新兴工程技术应运而生,为提升传动啮合部件摩擦学性能、解决啮合副表面易磨损问题提供可行有效的借鉴途径。本文将表面改性技术运用到RV减速器核心传动轮系摆线轮针齿副上,可以在保证整体结构轻量化的前提下提升传动啮合副的抗耐久使用寿命,减小接触啮合面间的摩擦系数,避免过度摩擦能量损耗及齿面磨损,达到提升RV减速器整机传动性能的目的。主要研究内容如下:（1）RV虚拟样机建立与针摆副接触有限元分析。在构建高精度虚拟样机基础上,依据RV减速器传动原理建立摆线针轮传动啮合有限元静力学模型,计算模拟额定工况下RV减速器二级传动轮系的应力场分析,主要包括有限元位移云图、等效应力以及接触应力云图。为后文摆线轮齿面、齿体部分进行表面改性工作指明方向。（2）摆线轮表面涂层改性接触特性分析。基于赫兹接触理论推导摆线针轮啮合副相关运动学参数的计算方法。将涂层改性摆线针轮接触等效为有限长圆柱体与理想平面的接触模型,采用平面应变有限元模型模拟不同理想涂层-基体系统的vonMises应力等应力场分布情况,并以接触点为中心考察了涂层与基体结合界面X方向上的界面应力行为。为后续进行摆线轮镀膜提供一定的指导意义。（3）涂层标准件机械性能及摩擦学性能评估。在标准试样渗碳齿轮钢20Cr Mn Ti表面制备类金刚石薄膜（a-C:H和ta-C）和氮化物涂层（Al Cr Si N/Al Cr BN）,评估涂层基体系统的各项机械特性、不同稠度润滑脂下的摩擦学特性、干摩擦下的磨损机理。指出由碳基薄膜和低稠度润滑脂组成的润滑系统具备协同润滑效应。（4）涂层改性RV减速器传动性能评估。完成一体化精密减速器综合性能测试高同轴度试验台架虚拟样机→工程图纸→选型采购→加工制造→装配调试→跑合检测→性能测试等工作。测试结果指出相同负载等级下传动效率提升近20%,验证其减摩性能;振动冲击大幅降低、运转更为平稳,表明减摩效应优化其减振降冲击效果。

关键词： 自旋电子学   第一性原理   稀磁半导体   二维材料   掺杂   应力   磁性  

摘要： 当今世界已经步入了一个高度信息化的时代,对电子器件的要求也越来越趋于平面化和高度集成化,传统半导体器件已经不能满足技术需求,探索新型电子器件的任务刻不容缓,自旋电子学器件可同时操纵电子的电荷和自旋属性,为凝聚态物理和材料科学领域带来了新希望。目前,对二维稀磁半导体的研究是自旋电子学领域的焦点,因此本文选取二氧化锡（Sn O2）、氮化铝（Al N）、磷烯和硒化铟（In Se）四种材料为研究对象,采用基于密度泛函理论（DFT）的第一性计算原理方法,对含空位缺陷及非磁性元素（B、C、N）杂质的Sn O2（110）表面、含空位缺陷和过渡金属（TM=Cr、Mn、Fe、Co、Ni）杂质以及双轴应力作用下的Al N薄膜、含空位缺陷和十种3d TM（从Sc到Zn）元素及双轴应力作用下的二维磷烯、含空位缺陷及双轴应力作用下的In Se展开研究,分析了材料的电子结构和磁学性质,探索了相应的自旋电子学机制,为新型二维材料在自旋电子学中的应用提供了重要的理论依据,研究发现:1)对于B掺杂SnO2（110）表面体系,单个B原子可在体系中引入1.38μB的磁矩,且磁矩主要局域在B原子上,磁耦合研究表明,近距离双掺杂B原子体系表现出半金属的特性。2)对于AlN体材料及单层AlN材料研究发现,改变U值和施加应力均可实现对带隙的调谐。五种过渡金属杂质均可在单层AlN材料中引入磁性,其中Fe单掺杂体系产生的磁矩最大为5.0μB。掺杂以后的局部结构均具有D3h对称性,根据晶体场理论分析,磁矩主要来源于TM原子d轨道未配对的电子。磁耦合研究表明,Mn原子更适合作为掺杂剂在体系中引入宏观铁磁性。3)对于3d过渡金属掺杂二维磷烯体系,Sc、Co、Cu和Zn四种元素单掺杂体系不具有磁性。其他六种元素单掺杂体系均表现出自旋极化,其中Mn单掺杂体系的磁矩最大为4.0μВ。磁耦合表明,Cr、Mn和Fe种元素更适合作为掺杂剂,尤其是Fe原子在近距离掺杂时,体系的自旋极化程度变高。在双轴应力作用下,Cr、Fe和Co三种元素单掺杂体系的磁矩在弹性形变范围内随着应力的增加而发生突变,因此可作为良好的自旋磁性开关。4)对于单层InSe体系,单个In空位在InSe中引入的磁矩为1.0μB,单层InSe材料可承受8%以下的双轴应力,同时应力可作为调谐InSe材料带隙的手段。

关键词： 纳米材料   界面模型   界面相模型   应力场   有效弹性性能   界面效应  

摘要： 纳米材料尤其纳米复合材料具有多方面的优异性能,在很多领域获得了广泛应用。界面效应对纳米材料力学性能影响显著,近年来一直受到学者们的关注。界面模型和界面相模型是研究纳米夹杂问题的两种模型,广泛用于含纳米夹杂材料应力场和纳米复合材料宏观有效性能的研究。在界面模型中,界面相简化为无厚度但有自身力学性质和本构关系的界面,而实际的界面相均具有一定厚度。界面模型和界面相模型之间的关联及两个模型结果的差异是值得关注的问题。本文利用复变函数方法并结合Gurtin-Murdoch界面理论和细观力学广义自洽法,同时应用界面模型和界面相模型研究了含圆柱形纳米(涂层)夹杂材料的平面和反平面问题,给出了应力场和有效弹性性能的解答(封闭解析解或数值解)。利用这些解答,主要讨论了以下三个问题:(1)界面模型和界面相模型之间的联系;(2)界面模型和界面相模型计算结果的差异;(3)应力场和有效弹性性能的界面效应。研究表明,界面相模型可以解析和(或)数值地退化为界面模型;对于夹杂尺寸,界面模型和界面相模型的计算结果存在显著差异;界面性质(界面模量大小及正负)对应力场和有效弹性性能有着显著的影响。本文研究结果可为纳米夹杂材料的性能分析及纳米复合材料的结构设计提供有价值的参考。