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关键词： 防振锤   架空输电线路   磨损   应力分析   流固耦合  

摘要： 高压架空输电线路安装离地面高,间距大,温度较低时,当有不同风力作用在导线上时,导线会有不同程度的振动,金具安装处受力情况更为复杂,频繁的弯折会产生疲劳损坏,如果导线长时间振动而不加以控制会发生事故,严重的事故甚至会威胁到正常的生产生活。在输电导线上选择合理的位置安装防振锤并且防振锤型号选取合适可以有效减少因为风力所引发的导线振动。目前,微风振动的研究很多,然而风力较大时,防振锤对输电线路的磨损依然十分严重,大跨越条件下较大风力的振动机理、特征和实验研究还不多,且在研究中大多不考虑温度。导线长时间处于低温环境,导线弧垂降低,导线应力增加。对防振锤产生破坏的情况数据进行对比,低温下防振锤-输电导线系统产生破坏的现象更多发生在温度在零下20度上下浮动时。由于风振具有持续时间长、高频发生、危害性广的特点,研究架空输电线风振问题十分重要。低温地区通常伴随着大风等恶劣天气,为了研究更具有适用性,分别选用5m/s与8m/s作为防振锤-输电线路系统的研究对象。故本文研究温度为零下20度的低温时,在较大风力的作用下(5m/s和8m/s),几种防振锤对导线的磨损情况,选取出在特定条件下对导线磨损最小的防振锤,为防振锤的型号选择提供理论基础。本文主要研究内容如下:(1)基于当前输电线路导线受外力作用振动的有限元数值仿真分析方法的研究,考虑风力流体场和防振锤-输电导线系统固体场的相互作用,将风力简化为压力载荷进行公式推导,通过理论计算验证仿真的真实性,为后续的仿真分析与磨损分析奠定基础。(2)依照标准(YB/Tl 84-2017)确定输电导线(钢芯铝绞线)的截面面积,参照DL/T1099-2009《防振锤技术条件和试验方法》确定防振锤的型号,安装数量与安装位置。(3)构建模型并进行仿真分析。通过SolidWorks建模软件,创建了三种类型的防振锤,分别为FD-6型防振锤,FD-6L型防振锤和FR型防振锤。计算防振锤和输电线路的质量模型。把模型导入Ansys软件进行仿真,完成模态分析,研究风力对防振锤-输电线路系统振动机制的影响。(4)磨损分析求解最大磨损量。结合流固耦合理论,用于研究本文中风力场与防振锤-输电导线系统的相互作用。Fluent求解,SIMPLE算法,模型为Archard磨损模型,对导线的磨损情况进行分析,通过求解结果,计算出磨损最严重的部分和最大磨损量数值。将两种类型防振锤的磨损量进行对比,在特定条件下,FD防振锤的整体磨损表现比FR防振锤磨损表现好。相关研究成果可以为大跨越输电线路防振锤的分析和选取提供一定依据。

关键词： 寒区隧道   可靠度   长期稳定性   温度场   应力场  

摘要： 随着我国高寒、高海拔地区铁路和公路工程建设规模的日渐扩大,寒区隧道工程的数量也逐渐增多。长期以来,寒区隧道工程冻害一直是冻土工程领域内研究的热点科学问题,也是必须解决的关键工程技术难题。气候变暖对寒区隧道的长期稳定性及可靠性造成了显著影响,研究不同升温条件下隧道可靠性的变化规律及特点,对寒区隧道工程设计和运营管理等具有十分重要的理论意义和工程应用价值。本文以青藏高原寒区隧道为研究对象,根据IPCC及国内外专家学者对青藏高原未来50年气温变化的预测结果为基础,开展了相关研究工作。主要研究内容包括:(1)归纳了结构可靠度的基本原理,总结了一次二阶矩法、蒙特卡罗法等计算方法;总结了寒区隧道衬砌结构的冻害机理;分析了水热力耦合的基本原理及耦合控制方程。(2)以巴哈达坂隧道为研究背景,建立了水热力耦合数值模型,模拟分析了隧道建成后50年内的温度场、应力场和位移场的变化规律。研究结果表明:保温层能够明显降低寒区隧道冻融圈层厚度;当温度升高2.6℃和3.0℃时,40年内隧道仰拱与边墙相交处围岩冻融圈层厚度为0,可以保证隧道围岩在前40年内的热稳定;在温度升高4.0℃时,第30年隧道拱与边墙相交处围岩出现0.03m融化圈层,只能保证隧道围岩在前30年内的热稳定。温度升高2.6℃、3.0℃和4.0℃时,第50年巴哈达坂隧道最大压应力均发生在隧道仰拱与边墙相交处;最大竖向位移均发生在隧道拱顶位置;且随着时间推移,隧道各处的应力和位移值不断增大,前30年变化比较明显,其后逐渐趋于平缓。(3)采用蒙特卡罗法、响应面法和一次二阶矩法计算分析了隧道建成后50年内的失效概率和可靠度指标,并结合敏感性分析计算了50年后保证隧道靠度在90%以上的二次衬砌和保温层厚度的最小值。计算结果表明:第50年气温升高2.6℃、3.0℃和4.0℃时,蒙特卡罗法计算的失效概率分别为12.5%、14%和17.8%;响应面法计算的失效概率分别为13%、14.6%和18.3%;一次二阶矩法计算的失效概率分别为17.5%、19.4%和22.8%。若将50年后隧道可靠度保持在90%以上,气温升高2.6℃时二次衬砌和保温层最小厚度为42.3cm和7cm,比现有设计分别提高了6%和40%;而气温升高4.0℃时二次衬砌和保温层最小厚度分别达到45.2cm和9cm,比现有设计提高了13%和80%。根据IPCC结论,如果未来50年将第三极升温控制在3.0℃内,当二次衬砌厚度为42.7cm,保温层厚度为8cm时,隧道可靠度即可达90%以上。

关键词： 接触网   吊弦   动态特性   应力   疲劳寿命  

摘要： 接触网是电气化铁路供电系统的重要组成部分之一,其中吊弦作为承力索与接触线的关键连接部件,虽然有效的减缓了接触线因受电弓的影响而产生的往复振动,但在此过程中也承受着循环往复振动带来的弯曲和拉伸应力,这将导致吊弦的失效,进而威胁铁路机车的安全运行。因此,本文通过建立接触网的有限元模型进行弓网耦合动力学仿真,分析了吊弦的动态特性,同时为吊弦三维模型的静应力和动应力的仿真提供数据支持,最后利用雨流计数法对动应力仿真数据结果进行了处理,分析了吊弦在不同工况下的疲劳寿命。本文主要完成了以下内容:(1)利用迭代循环的方法,建立了接触网的有限元模型,把受电弓等效为弹簧-质量-阻尼系统,进行弓网耦合仿真,分析了吊弦与接触线在五种工况下的动态特性。结果表明,随着列车运行速度的提高,吊弦也更加的不稳定,首尾两端的吊弦更容易发生疲劳破坏。(2)建立了吊弦的三维结构模型,结合弓网耦合动力学仿真结果,对吊弦进行应力仿真分析。研究发现,整体吊弦的应力分布呈现左右对称上下不对称的形式,靠近接触线的一端应力变化更为明显,且应力值更大。吊弦单丝的应力截面呈现对称性,最大应力值发生在丝与丝的接触部位。(3)对吊弦进行了动应力仿真分析。研究表明,位于首尾两端的吊弦振动时间较长,位于跨中的吊弦受到的平均应力更大,因此,这三个位置处的吊弦更容易发生疲劳破坏。(4)对吊弦进行寿命分析。结果表明,吊弦的寿命随着列车运行速度的提高而降低,其中第一根吊弦所受到的疲劳损伤更大,更易发生损坏。吊弦承载电流对其寿命的影响,与吊弦的位置无关,随着电流强度的增加,所有吊弦的寿命均有所减小,且与电流强度成线性关系。通过对吊弦疲劳特性的研究分析,可以预测一跨接触网中容易发生破坏的吊弦,预测吊弦在不同工况下的疲劳寿命,对吊弦进行及时维护,这将有益于受电弓取流的稳定性,对于保障铁路列车的运行安全具有重要意义。

关键词： 工程管理   工程力学   独立学院   教学改革  

摘要： 本文结合独立学院工程管理专业的特点,分析了工程管理力学课程教学的特殊性,并以此为切入点总结了当前教学中存在的问题——主要体现在学生基础薄弱、学生观念不正确、教学方法不合理、教学与工程联系不紧密、教学案例不新颖这五个方面。在此基础上,本文有针对性地提出了教学改革措施,分别从重视力学基础和培养学生学习兴趣、教学方式多样化、理论联系实际、与时俱进并及时更新教学内容四个方面进行了教学改革探索。结果表明,上述改革措施可以较好地提高工程管理专业《工程力学》课程的教学效果。

关键词： 砂岩型铀矿   爆破增渗   裂隙岩体   渗透率   应力   时间效应  

摘要： 天然铀是“核军工基石”、“核电粮仓”。砂岩型铀矿是我国最主要铀资源类型,加大砂岩型铀资源开发力度可提高我国铀资源的保障能力。原地浸出是砂岩型铀资源的主要开发方式,其对铀资源储层渗透性具有较高要求,而我国砂岩型铀矿渗透性较低,为实现该类铀资源高效开发,必须对低渗透储层进行改造。已有研究证实爆破增渗方法适用于低渗砂岩铀资源储层改造,但储层改造增渗效果可持续性如何尚需要进一步研究,其中涉及的关键科学问题是揭示改造后裂隙岩体渗透率随应力与时间的演化规律。为此,本文采用理论分析、模型构建、室内试验的综合研究方法,开展应力和时间作用下完整砂岩、含单裂隙砂岩与含多裂隙砂岩渗透率演化规律研究,建立渗透率表征模型。主要结果如下:(1)完整粗砂岩渗透率随轴压、围压的增大而减小,随净围压小于4 MPa时的孔压增大而增大,均符合指数函数关系。但净围压大于4 MPa时,渗透率几乎不受孔压影响。渗透率应力敏感性系数随轴压、围压增大整体减小;随孔压增大而增大,但当净围压低于2.5 MPa时,孔压增大渗透率应力敏感性系数迅速提升。同一试样中,渗透率应力敏感性系数遵循以下规律:孔压>围压>轴压。(2)引入裂隙方向刚度与裂隙面法向应力的概念,建立含单裂隙岩石渗流-应力模型。含单裂隙砂岩渗透率是完整粗砂岩试样的1.5～17倍;含单裂隙砂岩渗透率随轴压、围压增加而减小,呈指数项为二次函数的指数函数关系。当净围压低于5MPa时,含单裂隙砂岩渗透率随孔压增加而增加,当净围压大于5 MPa时,孔压增加对于渗透率的影响不明显。单裂隙渗流-应力模型与试验数据拟合相关系数均在0.9以上,验证了模型的有效性。(3)将广义Kelvin模型嵌入单裂隙渗流-应力模型,建立了单裂隙渗流-蠕变模型。单裂隙渗流-蠕变试验中,渗透率在试验开始前48 h大幅度减小,在48～108h内缓慢减小,108 h后逐渐趋于稳定。试验值与模型值最大误差为8%,相关系数大于0.95,证实了模型可靠,并预测渗透率最终提升为完整粗砂岩的1.90～2.44倍。(4)通过引入体积应变修正系数,修正基于Kozeny-Carmen方程推导的渗透率-体积应变方程,建立了裂隙网络渗流-应力模型。多裂隙粗砂岩渗流-应力试验中,渗透率与体积应变变化呈正相关关系,随轴压、围压增加而减小,随孔压增加而上升。试验值与模型值相关系数大于0.94,验证了模型有效性。(5)将砂岩蠕变下的体积应变与渗透率曲线处理为悬链线,建立含裂隙网络砂岩渗流-蠕变模型。多裂隙砂岩渗透率随时间演化规律同单裂隙相似,呈快速、缓慢降低与趋于稳定三个阶段。试验数据与模型拟合相关系数大于0.98,通过模型预测试样长期渗透率将提升至完整粗砂岩岩样的2.30倍。

关键词： 弱磁检测   磁滞回线   磁化强度   应力  

摘要： 铁磁性材料长期运行过程中会出现应力集中的现象,应力区的表面会散射出天然的磁场,弱磁检测技术可以通过检测铁磁性金属构件应力区表面的弱磁信号,来判断构件应力损伤区域和应力损伤程度。弱磁检测技术作为近几年兴起的一种无损检测技术,该方法对应力敏感、无须耦合剂、检测速度快、支持非接触动态在线检测,在铁磁性金属构件应力检测领域具有很好的应用前景。但是,当铁磁性构件受到外部载荷与环境磁场影响时,对应力损伤区弱磁信号特征缺乏系统的分析。因此亟须针对铁磁性材料应力损伤区建立一套完整的磁力学关系,分析其弱磁信号特征,这对弱磁检测技术的理论及工程实践的应用具有关键意义。本课题首先通过J-A理论研究了应力对铁磁性材料磁滞回线的影响,计算了不同载荷作用下铁磁性材料的磁力学关系,分析了拉应力与压应力对弱磁信号的影响。根据铁磁性金属构件应力损伤区域弱磁场的空间分布特性,建立了磁荷模型,并系统分析了不同载荷与环境磁场对铁磁性材料弱磁信号的影响。最后通过有限元法求解了铁磁性构件应力损伤区域的应力值,进一步根据磁荷模型计算分析了构件应力损伤区域的弱磁信号,并在铁磁性构件应力损伤区域,建立了弱磁信号梯度特征值、弱磁信号幅度参数等信号处理和分析的方法,开展了系统的实验研究,实验结果很好的验证了理论模型的正确性。研究结果表明:当铁磁性材料受到外部载荷作用时,在弹性范围内拉应力会使材料的弱磁信号呈上升趋势,压应力会使材料的弱磁信号呈下降趋势;在铁磁性金属构件应力损伤区建立的磁荷模型,很好的反映了应力损伤区弱磁场空间分布规律,其中弱磁信号的水平分量相对于切向、法向分量,信号的幅值小一些,实际检测时弱磁信号的水平分量可能会出现特征不明显情况;随着外界磁场增加,弱磁信号切向分量的幅度参数近似线性增加;而弱磁信号法向分量的幅度参数变化相对较小,并随外界磁场的增加,弱磁信号法向分量的幅度参数不断减小,说明弱磁信号的切向分量更易受到外界磁场的影响。不同载荷作用下,铁磁性材料损伤区域弱磁信号梯度峰值变化较大,梯度峰值可以有效的判断应力损伤区域弱磁信号变化情况。因此,可以将梯度峰值作为弱磁检测技术评估材料应力损伤程度的特征量,为弱磁检测信号特征的研究提供参考。

关键词： 光滑颈圈   种植体   应力   有限元分析  

摘要： 目的:探讨与分析不同颈部设计种植体修复下颌磨牙时种植体各结构及种植体-骨界面的应力分布情况。方法:选取1例下颌第一磨牙缺失患者的影像学资料,导入Mimics等软件建立相应颌骨模型后使用Solidworks软件,构建四种4.8×10mm不同光滑颈圈设计的种植体即常规颈标准种植体(S RN;高2.8mm,直径4.8mm)、宽颈标准种植体(S WN;高2.8mm,直径6.5mm)、常规颈美学种植体(SP RN;高1.8mm,直径4.8mm)、宽颈美学种植体(SP WN;高1.8mm,直径6.5mm)修复下颌第一磨牙的模型。使用ANSYS软件模拟分析四种不同颈部设计种植体在不同载荷条件下各种植修复体部件与种植体-骨界面的应力分布情况。结果:(1)四种不同颈部设计种植体种植修复时,各种植体Von-Mises应力峰值均位于种植体颈部区域,种植体-骨界面应力峰值位于种植体颈部皮质骨区域。(2)斜向载荷时各种植修复体相关结构及种植体-骨界面所受最大Von-Mises应力更大。(3)固定载荷时,宽颈种植体所受最大Von-Mises应力均小于常规颈种植体。(4)固定载荷时,宽颈标准种植体(S WN)种植体-骨界面所受最大Von-Mises应力峰值均小于其他颈部设计组。结论:本研究结果表明不同颈部设计种植体种植修复时应力分布存在差异。

关键词： 聚丙烯环管反应器   膨胀节   FLUENT   固液两相二次流   流场分析   应力分析   聚丙烯   聚丙烯工艺  

摘要： 本文介绍了聚丙烯的特性、工业应用、国内外的发展状况以及聚丙烯技术的创新与突破。列举了九大常用聚丙烯工艺,对聚丙烯工艺流程进行了详细说明。特别对聚丙烯环管反应器的工业应用、结构原理、工作原理、应用特点以及国内外的研究现状进行了介绍。本文针对聚丙烯环管反应器流速与温度对内环管的影响进行了研究。首先,通过运用AUTOCAD、SOLIDWORKS、ANSYS MESH等软件,对聚丙烯环管反应器进行二维工程图的建立、三维模型的建立以及网格划分,同时建立好数学模型与边界条件。其次,通过运用流体力学软件(FLUENT)对三维模型进行求解计算,通过求解计算可以得到聚丙烯环管反应器内部固液两相二次流流体动力学模拟图,正常工况下流场中的流体流线图、速度矢量图、速度云图、压力云图以及湍动能云图,不同工况下流场中的速度云图、压力云图以及湍动能云图,不同温度下流场中的温度云图,以及通过运用ANSYS软件得到受外力与温差作用下膨胀节膨胀情况的应力云图。最后,通过对以上模拟计算结果的研究与对比分析,进一步判断出在何种工况下聚丙烯环管反应器的结构设计最为合理,丙烯聚合反应能够正常且顺利进行,环管反应器内部温度的分布更为均匀,对丙烯聚合反应更有利,并根据分析结果进行优化改进;同时验证了受温度影响膨胀节膨胀的位移与筒体膨胀位移是否一致,减小不同步膨胀产生的应力约束;并且采用第三强度理论与第四强度理论分别对环管反应器内外管温差叠加后的总应力水平进行了有效评价。本文的研究内容不仅基于对大量中外文献的浏览与学习,还结合了聚丙烯环管反应器在结构设计、生产制造、出厂及运输、现场装配以及吊装过程中的学习,最终实现本文聚丙烯环管反应器流速与温度对内环管影响研究的目的。

关键词： 海洋石油平台   管道系统设计   管道布置   支架设计   应力分析  

摘要： 管道系统设计是海洋石油平台总体概念的重要组成部分。平台系统分为布局设计、支撑设计和受力分析。根据海洋石油平台的总体设计要求,分析了其工作原理,对平台管道设计、支撑设计和应力分析的要求和耦合,为今后平台管道系统的建设提供参考。

关键词： 石油化工管道设计   应力分析   柔性设计  

摘要： 在石油化工行业,管道应力分析是保证工艺管道正常运转的关键环节。伴随着石化工业的发展需求、年产量不断增加、工艺技术日趋复杂,管道应力分析在管道设计中的重要性日益突出。通过优化管线设计,保证管道平稳运行,降低工程成本,减少事故隐患,是管道应力分析的基本目标,也是石化行业持续稳定发展的重要支撑。本文是在对石油化工管道设计中进行应力分析的基础上进行研究,同时对常规柔性设计方案进行优化。