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关键词： 肺高压   心脏磁共振   应力  

摘要： 研究目的:利用心脏磁共振组织追踪技术,回顾性分析肺高压患者的左右心室应力参数,讨论患者左右心室应力的相关性,以及心功能保留时肺高压患者心室应力的变化。研究方法:收集65例肺高压组患者与32例对照组的常规心脏扫描电影序列,使用CVI 42软件后处理得到左右心室的心功能参数及应力参数,分别对全部肺高压组的左右心室应力参数及心室功能保留的肺高压组患者心室应力进行分析,应用组间均值比较、斯皮尔曼相关系数分析及组内相关系数（ICC）分析。结果:组织追踪分析肺高压组左右心室的整体径向应力、周向应力、纵向应力可重复性较好（ICC≥0.75）。肺高压组与对照组相比左右心室的整体径向应力、周向应力、纵向应力均存在显著差异。肺高压组的左右心室整体径向应力呈中等程度相关（r=0.487,p＜0.01）,左右心室的周向应力呈中等程度相关（r=0.437,p＜0.01）,而左右心室的纵向应力在统计学上不存在相关性（r=0.035,p=0.780）。对于右心室功能保留的肺高压组14例患者,右心室整体径向、周向、纵向应力与对照组均存在明显差异[（16.79±5.31）%和（23.33±7.98）%、（-13.36±4.23）%和（-20.08±6.41）%、（-10.28±3.00）和（-13.30±4.23）%,P值均＜0.01],而右室基底部的周向应力不存在显著差异[（-6.70±6.08）%和（-7.45±8.52）%,Z=-1.110,p=0.27]。对于左心室功能保留的肺高压组39例患者,只有左心室的纵向应力与对照组间存在明显差异[（-14.16±3.04）%和（-16.79±2.86）%,Z=-3.444,p＜0.01],左心室整体和部分的径向、周向应力不存在显著差异。结论:心脏磁共振组织追踪技术能够定量评价肺高压患者的左右心室应力参数,且具有较好的可行性及可重复性;左右心室的整体径向应力、周向应力中等程度相关,左右心室的纵向应力没有显著相关;右心功能保留的肺高压组患者与对照组比较,三个方向的整体应力存在显著差异;左心室功能保留的肺高压患者与对照组比较,整体的纵向应力存在显著差异。

关键词： 铜铝层状复合   腐蚀   界面   应力   电化学  

摘要： 铜铝层状复合材料主要用于替代纯铜,解决铜资源昂贵问题,并在导电、散热、装饰等领域的得到类应用。但是,由于铜铝层状复合材料结构上形成异种金属的链接,在腐蚀时会出现电偶现象,呈现与纯铜和纯铝不同的腐蚀机制,将对这类材料的使用性能变化产生影响。特别是当铜铝层状复合材料在腐蚀环境下,并受外力的作用,腐蚀机制变得更为复杂。实验采用盐雾腐蚀实验方式构建腐蚀环境,施加不同应力模拟铜铝层状复合材料使用工况,通过扫描电镜对不同应力条件下铜铝复合板表面腐蚀形貌分析,利用EDS点扫描分析表面腐蚀产物成分,X射线衍射仪分析腐蚀产物相组成,以及采用VSP-300电化学工作站的三电极系统,分别测量盐雾腐蚀试样的极化曲线和电化学阻抗谱(EIS)等手段,研究了拉应力、压应力、弯曲变形对其腐蚀行为的影响规律,并分析了腐蚀机制。研究表明,在盐雾腐蚀加速实验条件下,拉应力对铜铝复合板的腐蚀行为起到了促进作用。当未施加拉应力时,铜铝复合板只在界面处出现直径较小的腐蚀坑,铝侧未出现明显腐蚀,在拉应力的作用下,铜铝复合板界面处发生很明显的腐蚀,产生直径大且深的腐蚀坑,而在铝侧部分出现了大范围点蚀,并沿着施加拉应力的方向向外扩展。而压应力的施加对铜铝复合板的腐蚀行为起到了抑制作用,在实验过程中未施加应力时铜铝铜复合板界面处腐蚀形态为缝隙,当施加的压应力水平达到材料屈服强度20%时,材料腐蚀抑制作用最为明显,腐蚀形态为点蚀坑。但随着压应力的增加,抑制效果减弱。对铜铝复合板施加不同弯曲变形,Al侧在外弯曲的铜铝复合板铝侧受到拉伸,铜铝界面处受到挤压,此时铜铝复合板界面处与铝基体均发生腐蚀,界面处出现了腐蚀隧道和腐蚀坑。Cu侧在外弯曲的铜铝复合板铜铝界面处受到拉伸,铝侧受到挤压,此时主要是铜铝复合板界面处发生腐蚀,界面处腐蚀形貌主要以明显的椭圆形状的腐蚀坑形式存在。Al侧在外弯曲的铜铝复合板弯曲角度为30°时,容抗弧最大,耐腐蚀性能最好;Cu侧在外弯曲的铜铝复合板弯曲角度为120°时容抗弧最大,抗腐蚀性能最好。对比两者耐腐蚀性最好的角度的极化电阻,前者为19860Ω·cm,后者为18260Ω·cm,对比来说,Al侧在外弯曲的铜铝复合板耐腐蚀性能较好。铜铝复合板施加不同应力的腐蚀产物均为AlO,Al(OH),Al O(OH)。

关键词： GH3536合金   薄壁   激光选区熔化   温度场   应力场  

摘要： 激光选区熔化技术(Selective Laser Melting,SLM)过程不受零件复杂程度制约,能够实现薄壁、复杂腔型与髓形冷却流道零件等传统制造方式较难加工结构的加工制造。冲压发动机作为典型薄壁结构具有较大的深径比,利用传统制造工艺较难实现。薄壁零件局部温度场呈动态变化、瞬态不均匀等特征,且与实体结构相比,散热面积小、温度变化大、结构刚性差,在成形过程中极易受到温度场变化的影响,因此薄壁结构对于制造工艺以及结构特征的变化十分敏感,在薄壁零件成形过程中每个细微波动都有可能逐层累积,最终影响成形精度和成形质量,甚至有可能导致成形失败。因此,亟需对激光选区熔化成形过程中影响薄壁件成形质量的工艺参数及典型结构特征进行研究优化以提升其制造能力。本文基于有限元数值计算方法,建立了三维瞬态有限元温度场模型和应力场模型,选取合理的热源模型,并解决有限元模拟相变潜热以及材料的非线性等问题,采用“生死单元”技术和子程序参数化语言,进行了 GH3536镍基高温合金激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)成形过程的温度场模拟。在温度场有限元分析的基础上采用间接热力耦合的方式,实现应力场有限元模拟,在有限元数值计算的基础上进一步开展了试验探究,具体的研究内容主要包括:首先,研究了 GH3536高温合金粉末在激光选区熔化成形单熔道时,工艺参数对熔池尺寸以及温度梯度的影响。研究结果表明熔池尺寸大小与激光功率的大小呈正相关关系,熔池尺寸与扫描速度大小之间呈负相关关系;且在较小的激光功率以及较大的扫描速度下,熔池具有较小的冷却速率。在探究工艺参数对单熔道成形温度场分布影响的基础上,进一步研究了工艺参数以及薄壁件典型结构对于多层单道成形过程中温度场分布的影响,结果表明薄壁件下表面相对薄壁件上表面熔池冷却速率较小,表面粘粉较多,表面粗糙度较大;薄壁件熔化道中间位置熔池的冷却速率随着倾斜角度的减小而减小;且熔池尺寸在SLM成形前几层成形过程中有逐渐增大的趋势,之后逐渐趋于稳定。根据温度场的数值计算结果,采用间接耦合方式,探究了单熔道成形过程中不同时刻应力场分布以及工艺参数对单熔道应力场分布的影响。研究结果表明在激光扫描前进方向即熔池前端热应力较大,激光扫描反方向即熔池后端热应力较小;随着激光功率的增大以及扫描速度的减小,熔池的冷却速率减小,温度梯度减小,热应力逐渐减小;随着激光功率的减小和扫描速度的增大,激光能量密度逐渐减小,热循环退火去应力效果也逐渐减弱。在激光扫描区域中间位置,保持较大的热应力,在远离激光扫描线的区域的两侧,热应力急速减小;在沿激光扫描线方向上,扫描线起始位置和结束位置处热应力较大,中间区域的热应力较小。在单熔道应力场探究基础上,开展工艺参数以及薄壁典型结构对具有单道多层薄壁件成形过程中应力场的探究。研究结果表明,在SLM成形过程中薄壁件上表面相对下表面具有较大的冷却速率而具有较大的热应力,且薄壁件SLM成形过程中的热应力随着成形层数逐渐增加而减小。在有限元模拟的基础上,完成了 GH3536镍基高温合金粉末的SLM成形验证研究,验证了模拟分析结果,并探究了工艺参数以及典型结构特征对成形缺陷、成形精度以及薄壁件粗糙度的影响。研究结果表明在较低和较高的扫描速度下,易发生熔化道翘曲、不连续、端部变粗等成形缺陷;在单道多层成形薄壁件时容易发生锯齿状、翘曲、孔隙率过高等成型缺陷。薄壁件SLM角度成形误差随着激光功率的增大而逐渐减小,表面裂纹数量逐渐增大,表面质量先提高后减小;薄壁件SLM角度成形误差随着扫描速度的增大而逐渐增大,表面裂纹数量逐渐减小,表面质量先提高后减小。在一定工艺参数范围下,表面粗糙度随着倾斜角度的逐渐增大而逐渐减小,随着成形层数的增加而逐渐增大。

关键词： 钙钛矿氧化物薄膜   氢化还原反应   应力   电子轨道   氧空位  

摘要： 钙钛矿过渡金属氧化物由于其轨道、自旋、电荷、晶格之间相互耦合竞争会导致一系列强关联效应,展现出丰富的物性,比如二维电子气、霍尔效应、铁磁性与反铁磁性等。同时在光场、电场、磁有序、催化工程等各个领域展现出了科研价值和应用前景。这些新奇效应来源于过渡金属阳离子与氧离子形成各式各样的配位结构以及电子态的差异所导致。传统提高薄膜中的氧空位含量是通过保持薄膜生长时温度在真空中退火而完成,但这种方法往往面临温度高、还原性弱、氧空位含量低等缺点,致使通过氧空位含量来调控过渡金属薄膜材料的物性与结构产生了阻碍。目前,强还原剂粉末与氧化物薄膜采取真空中低温退火,在保持晶格结构不塌缩的情况下,产生有序层状氧空位,使晶体结构和物性发生较大的改变,为发现新奇物理现象奠定基础。基于以上原因,我们将开展以下几个方面的工作:第一章:我们主要介绍了过渡金属钙钛矿氧化物材料的研究背景,包含常见的过渡金属氧化物薄膜研究进展,并介绍近几年氢化还原反应在调控氧化物材料中的氧空位方面取得的进展。第二章:初步介绍硕士期间所使用的测试手段,薄膜的制备工艺以及氢化还原技术,以及相关结构、电学、磁性、化合价、电子轨道等表征,并初步成功制备镍酸盐无限层氧化物薄膜。第三章:我们介绍了氢化还原反应中外延应力对钴酸镧氧化物薄膜的氧空位有序通道的调控,按照氧空位通道取向的不同,薄膜材料发生了局部结构的变化、晶格结构对称性破缺等。H-LCO薄膜在不同应力的调制作用下,会出现三种不同取向的黑条纹,其中在压应力衬底上迫使缺失顶角氧离子的Co O5四棱锥发生面内晶格拉伸,从而出现相较于衬底倾斜的条纹。根据应力调控薄膜结构的变化,在压应力衬底上H-LCO具有近室温的铁磁绝缘性能,从而实现了应力对氢化还原氧化物薄膜的结构、以及磁性等有效的调控,为发现新一代自旋电子学器件提供备选材料。第四章:我们研究了应力对无限层氧化物Sr Fe O2薄膜电输运性质的影响。首先在压应力和张应力的衬底上生长了钙铁石结构Sr Fe O2.5薄膜并对其氢化还原,结构从钙铁石结构转变为了无限层状氧化物,结构转变前后依然保持高质量结晶。采用标准四点法测量了电输运性能,发现在张应力衬底下表现出良好的导电性,而在压应力下展现出绝缘特性,通过XAS和XLD分别对无限层Sr Fe O2薄膜进行了化合价分析和3d电子轨道占据的表征,发现当电子轨道占据面内(92-2轨道时,由于Fe 3d轨道和O 2p轨道重叠增多导致展现出良好的导电性。为新出现的镍酸盐无限层状氧化物提供了一个独特的参考意义。第五章:我们做了总结与展望,首先是两个主要的工作,一是压应力衬底上出现了钴酸镧氧化物薄膜的新结构以及近室温的铁磁绝缘体。二是从电子轨道结构的角度阐释Sr Fe O2金属-绝缘体转变的机制。研究展望从钙钛矿氧化物双阴离子学以及能带、结构等角度出发,阐释双阴离子学氧化物薄膜在凝聚态物理新材料中的价值与应用。

关键词： 肩锁关节   锁骨钩钢板   带线锚钉   有限元模型   肩锁关节   锁骨钩钢板   带线锚钉   有限元分析   应力   稳定性  

摘要： 第一部分 单纯锁骨钩钢板及钢板联合带线锚钉治疗TossyⅢ型肩锁关节脱位有限元模型的建立目的:基于一名健康成年男性志愿者左肩关节薄层CT断层图像集建立单纯锁骨钩钢板及钢板联合带线锚钉治疗TossyⅢ型肩锁关节脱位的两种外科治疗有限元模型,为探讨两种不同固定治疗方式下锁骨、肩峰及锁骨钩钢板上的最大应力值和肩锁关节的稳定性的生物力学研究奠定一定的基础。方法:选取一名健康成年男性志愿者,CT数据采集前通过临床及影像学检查排除无锁骨、肩胛骨和肩锁关节周围畸形及病变。对该志愿者左肩关节进行CT扫描,获取完整的肩锁关节扫描数据集,导入Mimics软件建立肩锁关节骨性组织的三维数字模型。将三维数字模型导入Geomagic studio软件中对进行实体转化后,利用Solidworks 2018软件进行锁骨钩钢板和螺钉的建模并进行模型的配准组合。在HyperMesh 14.0软件中对组合数字模型进行网格划分,构建肩锁关节周围软组织及带线锚钉有限元网格模型,完成材料属性的赋值。将组合肩锁关节脱位有限元模型导入Abaqus/CAE 6.14-4软件中,设置模型接触关系及边界约束条件。对肩胛骨施加垂直向下的35N的载荷(模拟静息状态下肩锁关节承重工况),分析模型受力分布情况,与临床实际和既往生物力学研究文献报道结果进行对比验证。结果:成功建立了单纯锁骨钩钢板及钢板联合带线锚钉治疗TossyⅢ型肩锁关节脱位的两种外科手术治疗有限元模型。在肩胛骨施加垂直向下的35N的载荷后,运算预测结果显示两个外科手术治疗有限元模型应力分布云图与临床实际情况和既往生物力学文献报道结果相近。结论:本研究构建的单纯锁骨钩钢板及钢板联合带线锚钉治疗TossyⅢ型肩锁关节脱位的两种外科手术治疗有限元模型,几何形态逼真,物理特性与真实情况相似,可用于下一步有限元分析。第二部分 单纯锁骨钩钢板及钢板联合带线锚钉治疗TossyⅢ型肩锁关节脱位的有限元分析目的:通过对锁骨钩钢板治疗TossyⅢ型肩锁关节脱位的有限元分析,探讨对比采用单纯锁骨钩钢板与钢板联合带线锚钉治疗TossyⅢ型肩锁关节脱位两种外科手术治疗术后锁骨、肩峰及锁骨钩钢板上的应力分布情况和肩锁关节的稳定性,为临床治疗TossyⅢ型肩锁关节脱位合理选择相关手术方式提供一定的生物力学依据。方法:基于第一部分所建立的两种固定方式的有限元模型,创建3种工况。参照既往生物力学研究方式,对肩胛盂在向下、向前和向后三个方向上各施加70N的3种载荷方式,模拟肩锁关节在上肢非负重条件下活动时在向下、向前和向后3个方向上需承受应力情况。对比经过两种外科手术固定方式下相同固定约束,3种不同载荷方向工况下锁骨、肩峰及锁骨钩钢板上的最大应力值和肩锁关节的相对位移情况。结果:对肩胛骨向下施加70N载荷工况(载荷工况一)下,锁骨、肩峰和锁骨钩钢板上这几个部位的最大应力值在钢板联合带线锚钉固定模型(模型二)中较单纯锁骨钩钢板固定模型(模型一)下降了 12-14%;模型二中锁骨远端相对肩峰向上的移位值较模型一减少了 12%。对肩胛骨向前施加70N载荷工况(载荷工况二)和向后施加70N载荷工况(载荷工况三)下,模型二中肩峰和锁骨钩钢板上的最大应力值比模型一相应部位的应力值下降了 7-28%,但在锁骨上的最大应力值两个外科治疗模型的预测结果相差不大;锁骨远端相对肩峰的位移值在两个模型的预测结果中无明显差异。结论:两个外科治疗TossyⅢ型肩锁关节脱位的有限元模型预测结果提示在在使用锁骨钩钢板治疗TossyⅢ型肩锁关节脱位的基础上,联合带线锚钉修复替代喙锁韧带能不同程度地降低肩峰、锁骨和锁骨钩钢板上的最大应力值,从而起到减少应力集中相关并发症的发生的作用。但在小载荷/位移情况下对增强肩锁关节的稳定性作用不明显,预测可能会在上肢受到大载荷/移位条件下发挥一定的稳定作用,从而减少肩锁关节再脱位的发生。

关键词： 真空粉末绝热   球罐   有限元法   热-结构耦合   模态   地震响应   应力  

摘要： 随着现代经济的迅速发展,大型真空粉末绝热低温球罐在石油化工、城市燃气、航空航天和冶金等领域得到广泛应用。球罐内容器贮存低温液体并承受液体压力,夹层抽真空,外壳处于环境温度,同时还需考虑热载荷、结构载荷以及可能出现的地震载荷,受力较为复杂。球罐各部件的安全关系到整个工艺流程的顺利运行。大型真空粉末绝热低温球罐中的绝热层具有良好的保温作用,同时会对球罐的变形和受力产生影响。目前对绝热层的研究主要集中于绝热性能方面,而对球罐结构静力特性和动力特性的影响研究较少。此外,正常操作工况下内容器和外壳间的温差以及遭遇地震时地震力的方向均会对球罐各部件的性能产生影响。基于此,本课题采用有限元法对某500 m3真空粉末绝热低温球罐进行结构静力学及动力学分析,研究了绝热层和热载荷对球罐静力特性的影响以及绝热层和地震力方向对球罐动力特性的影响。主要结论如下:（1）依据极限状态的设计原则,选择破坏性较强的ULS组合工况对球罐进行结构静力学和动力学分析,由此得出最危险工况下球罐的结构强度。在对球罐进行强度校核时,可分别采用极限载荷法和应力分类法解决球罐的静强度问题和安定性问题。（2）研究了影响球罐漏热的主要因素。不考虑管路系统时,外界热量主要通过绝热层、玻璃钢和拉带等途径漏入内容器。以贮存LO2为例,通过以上三种途径漏入内容器的热量分别占球罐总漏热的78.05%、21.65%和0.30%,绝热层和玻璃钢是影响球罐漏热的主要部件。（3）建立了有绝热层和无绝热层球罐模型,分析了绝热层和热载荷对球罐各部件静力特性的影响。考虑热载荷作用时,绝热层的存在减小了球罐各部件的最大位移变形量;绝热层对内容器和拉带部位的受力影响较小,但减小了外壳、玻璃钢和支柱部位的应力,且使其沿分析路径上的变化更为平缓。对于有绝热层球罐模型,热载荷的存在增大了球罐各部件的最大位移变形量;热载荷除使外壳远离应力集中部位的应力减小外,内容器、玻璃钢、拉带和支柱等部位的应力均有不同程度的增大,且热载荷的存在使应力沿分析路径上的变化更为剧烈。（4）对有绝热层和无绝热层球罐模型进行了模态分析。低阶模态时球罐的振动发生在壳体部位,中阶和高阶模态时发生在拉杆部位,且壳体的位移变形小于拉杆的位移变形。（5）在模态分析的基础上进行了地震响应分析,并研究了地震力方向和绝热层对球罐动力特性的影响。在地震载荷作用下,球罐的位移变形主要发生在水平方向,上耳板与支柱连接部位存在应力集中。相比球罐跨中模型,对中模型在水平方向和竖直方向的最大位移变形量分别增加了29.86%和30.71%,最大等效应力值增加了19.73%,跨中模型的位移变形和应力分布均优于对中模型。相比无绝热层模型,有绝热层模型在水平方向和竖直方向的最大位移变形量分别减少了26.17%、34.82%,最大等效应力值减少了5.90%,故绝热层的存在能有效减少球罐在地震响应下的位移变形和等效应力。

关键词： 柔性双轮缘摩天轮   模态计算   结构安全性   应力   动力响应  

摘要： 目前,摩天轮因其观赏性和娱乐性对人们有着巨大的吸引力。摩天轮除了具有游乐设施功能外,还带来巨大的经济效益和广泛深远的社会效益,同时也促进各个行业的进步和发展;但是在结构方面,不但要保证安全性,还要考虑经济性。在摩天轮的整体结构达到了轻量化的同时,柔性索以及双轮缘结构的安全性就变为一个亟待解决的问题。本文以摩天轮的双轮缘全柔性结构为研究点,通过理论计算和有限元分析,对双轮缘全柔性摩天轮的结构设计、安全性、在风载荷和地震动载荷作用下的响应情况进行了分析研究。通过分析全柔性摩天轮轮盘的受力组合,得出绳索预应力的计算是整体结构设计的前提。在此基础上对绳索预张力与轮缘变形的关系进行了研究,发现摩天轮轮缘内部圆度与拉索初始预张力的变化成反比。同时分析了绳索垂度对摩天轮金属疲劳的影响,研究发现绳索垂度越大,即刚度越小,一阶共振频率越低,低频风振效应越明显,因此容易引起金属疲劳导致断裂。在双轮缘全柔性摩天轮结构通过静载安全性验证后,对其进行稳定性分析,分别考虑了结构在风载荷和地震载荷下的动力响应。在动响应分析之前,先对结构进行预应力模态分析,并分别分析了绳索截面积以及绳索预应力对结构各阶模态频率的影响,总结了双轮缘全柔性结构下的各阶模态振型。对双轮缘全柔性结构摩天轮分别进行了地震时程响应分析和振型分解反应谱法分析,提取了分析结果并进行比较。在对双轮缘全柔性结构进行了等效静载及动载响应分析后,验证了结构的安全性与稳定性,为摩天轮的双轮缘全柔性结构提供了理论支持。

关键词： 转向架侧梁   应力   变形   磁控高速GMAW   有限元分析  

摘要： 转向架是高速列车的核心部件。在转向架的制造过程中,GMAW焊接是主要的成形工艺。在焊接过程中,不可避免地会产生残余应力和变形,影响到高速列车的运行可靠性和安全性。磁控高速GMAW既提高了焊接效率,又抑制了驼峰、咬边等焊缝成形缺陷,在转向架制造过程中有很大的应用潜力。但是,常规GMAW与磁控高速GMAW用于转向架焊接时,所产生的应力与变形有何不同?目前尚不清楚。建立磁控高速GMAW与常规GMAW的等效热源模型,对其典型接头的应力与变形开展有限元分析,并对其应用到转向架的焊接过程进行预研,具有重要意义。使用Simufact Welding软件,建立了磁控高速GMAW与常规GMAW的等效热源模型,并根据焊缝截面熔合线和熔池长度、热循环曲线以及残余应力的测试与计算结果进行了验证。以转向架侧梁的局部模型T型接头多层多道焊为研究对象,对比分析了 T型接头在磁控高速GMAW与常规GMAW时的温度场、应力场、以及变形场。结果表明,在T型接头上,磁控高速GMAW的峰值温度大于常规GMAW,冷却速度快于常规GMAW。磁控高速GMAW时残余应力和变形均小于常规GMAW。提取了 T型接头焊缝上不同位置的热循环曲线作为热循环法的输入,与热弹塑性法的计算结果进行比较,找到了焊缝边缘中心位置为热循环曲线的最佳取点位置。提取每一道焊缝的热循环曲线,并将其作为转向架侧梁数值模型的输入量。对比分析了转向架侧梁在磁控高速GMAW与常规GMAW两种焊接工艺条件下残余应力与变形的分布情况,考察磁控高速GMAW时四种不同焊接顺序对侧梁应力和变形的影响。结果表明,磁控高速GMAW条件下的转向架侧梁的残余应力与变形大小都小于常规GMAW,在磁控高速GMAW的四种焊接顺序中,焊接顺序一为最优焊接顺序。

关键词： 大跨钢桁架结构   应力   应变   监测   曲线分析  

摘要： 大跨度钢桁架具有自重轻、经济性好、刚度大、抗震性能好、形式多样化等优点,很多国内外学者对其研究成果极大地促进了国内外大跨度钢桁架结构的发展,此外钢桁架安装施工工艺和施工现场监测方法也在不断地创新。为保证施工安全,工程采用有限元分析和施工监测具有重要性及必要性。本文以邯郸市某标准件研究院施工项目工程实例为依据,采用有限元模型分析与施工现场监测相结合的方法,研究了大跨度钢桁架在两种不同施工方案下对应测试杆件的应力变化,又通过对比两种施工方案的杆件应力、节点位移变形、结构稳定性及施工环境,综合分析了两种施工方案的优缺点,为以后类似工程施工选择施工方案提供参考依据,最后对测试杆件应变随时间变化的规律进行了深入的探究,主要内容如下:(1)当单榀钢桁架吊装施工时,最不利杆件为吊点处的上弦杆;当单榀钢桁架安装完成后,应力最大杆件为跨中处上弦杆。(2)两榀钢桁架在进行整体吊装施工时,最不利杆件为次桁架腹杆;当两榀钢桁架安装完成后,应力最大杆件为次桁架的上弦杆。(3)从应力、位移变形、稳定性及作业环境各方面综合对比两种施工方案发现,与单榀钢桁架施工相比,采用两榀钢桁架整体施工时,最不利杆件应力减小50%,位移变形减小90%,稳定系数更高,施工速度更快、工期缩短。但两榀钢桁架整体吊装施工时,所需要的施工机械多、施工场地大,而单榀钢桁架施工灵活、场地限制小,具体工程要选择合适的施工方案,以保证施工顺利完成。(4)通过对两种施工方案测试杆件应变随时间变化的规律研究,确定了测试杆件应变曲线拟合方程的类型及最高次幂,并对曲线方程研究的意义及使用方法作了说明,这对类似工程施工具有十分重要的指导意义。

关键词： 两隧一跨”工程   应力分析   整合优化   管道安装设计  

摘要： 中缅管道(国内段)澜沧江“两隧一跨”工程因其特殊的地理位置、复杂的地形地貌、紧凑的桥隧组合,成为中缅油气管道最重要的控制性工程,管道一旦发生泄漏事故,将产生严重影响。 本文以“澜沧江两隧一跨”工程为研究对象,通过对比国内原油管道、天然气管道和成品油管道常用标准规范与ASME B 31.4和ASME B 31.8的区别;通过CAESAR II建立“澜沧江两隧一跨”工程爬坡段、水平段、悬索跨越段、隧道段的有限元模型,采用有限元分析方法,分析管道应力状态,提出模型优化方案,并对岩鹰山隧道穿越管道、澜沧江跨越管道、桥隧连接段管道和江顶寺隧道穿越管道的安装进行设计,并对管道强度、刚度、径向稳定性和抗震性能进行校核。 通过研究得出,除水压试验外,国内标准对于管道运行时允许的应力值高于ASME标准;隧道内的管道应力可通过地上敷设方式降低,桥梁管道可通过调整管卡与管道间隙降低管道轴向位移对桥梁影响;桥隧连接管道要结合地形选择合理的管道防护,坡度较大时应采用“管卡分段固定+锚杆格构暗梁+混凝土连续浇注”三层防护措施;水平段管径接近同沟敷设,采用“箱涵保护+草袋包裹+细土填实+顶部设置混凝土盖板护面+袋装碎石土形成斜面护顶”方式,为管道补偿留出空间。