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粘结性柔性管的截面设计与力学性能分析

粘结性柔性管的截面设计与力学性能分析

作者：艾龙海南大学

学位级别：硕士

近年来,随着科技水平的发展与提升,世界能源消耗越来越大。因此,各国都将目光放在了海洋油气资源的开发与采集上。在海洋油气开采中,运输管道是油气开采系统的关键部件。纤维增强柔性管因其柔韧性好、耐腐蚀、高强度、安装维护方便、寿... 详细信息

近年来,随着科技水平的发展与提升,世界能源消耗越来越大。因此,各国都将目光放在了海洋油气资源的开发与采集上。在海洋油气开采中,运输管道是油气开采系统的关键部件。纤维增强柔性管因其柔韧性好、耐腐蚀、高强度、安装维护方便、寿命长等优点已成为未来海洋油气发展方向的热点。由于海洋环境复杂,存在各种各样的荷载,管道在海洋中的运营存在着诸多挑战,故而需要对管道的截面结构进行设计并进行力学性能的分析。作为最近兴起的一种复合管道,对它的分析研究相对较少,且对海洋复杂荷载的复现非常困难,对不同结构的柔性管道进行实验研究性价比较低。故而,本文采用理论分析方法建立了玻纤增强柔性管的模型,并结合有限元的分析方法对玻纤增强柔性管的截面结构和力学性能进行分析,主要包含以下几个方面:(1)介绍了纤维增强柔性管道各个结构层的材料选择原则及制造工艺,对玻纤增强柔性管增强层纤维带的模型进行了简化,建立了整个管道的理论模型,分析了管道各层的应力应变计算方法。(2)建立了玻纤增强柔性管的有限元模型。利用ABAQUS软件的Composite Layups模块对管道增强层进行了详细的设计,在验证了模型的准确性后,通过拉伸、压缩、内压、拉伸和弯曲四种工况柔性管增强层不同缠绕角度下的力学性能分析确定了柔性管增强层纤维带的最优缠绕角度区间为±45°～±55°。(3)对建立的有限元模型进行了具体服役环境下的工况校核,具体包括内压荷载、拉伸荷载、外压荷载、外压和拉伸组合荷载、爆破荷载五种工况下玻纤增强柔性管结构的强度校核,结果显示所设计管道结构满足要求;确定柔性管增强层满足设计要求的最少缠绕层数;确定了有内压作用和无内压作用下柔性管的最小弯曲半径。(4)对玻纤增强柔性管的扭转力学性能进行了计算分析,包括纯扭荷载、拉伸扭转组合荷载、内压扭转组合荷载下玻纤增强柔性管的力学响应分析,并对管道的抗径向屈曲性能进行了分析,研究了管道长度对柔性管抗径向屈曲性能的能力的影响。

关键词：纤维增强柔性管有限元分析截面设计强度校核力学性能分析

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基于均质化理论的微结构力学性能分析与优化

基于均质化理论的微结构力学性能分析与优化

作者：刘培庆山东大学

学位级别：硕士

微结构指相对于模型整体而言极小范围内的几何结构。应用微结构设计和制造出的超材料,能够拓展材料的物理性能空间,实现均一材料无法满足的物理性能需求,例如航空航天领域所需的轻量化与高强度部件,汽车工业所需的能量吸收性能,生物医... 详细信息

微结构指相对于模型整体而言极小范围内的几何结构。应用微结构设计和制造出的超材料,能够拓展材料的物理性能空间,实现均一材料无法满足的物理性能需求,例如航空航天领域所需的轻量化与高强度部件,汽车工业所需的能量吸收性能,生物医疗领域所需要的负泊松比、物质传输性能等。近年来,研究者设计和制造了各种不同形态的微结构,不断拓展其应用范围。研究人员设计了不同形态的微结构单元,例如,杆状结构,片状结构,泡沫结构等。不同形态的微结构具有各自的性能特点和适用场景。研究人员一般采用实验法或者有限元分析法来获取不同类型微结构的力学性能。在实验法中,研究人员将由微结构周期排列构成的样本块进行制造,使用通用测试机对样本块进行单轴压缩或拉伸实验获取其力学性能;在有限元分析法中,研究人员使用ABAQUS、ANSYS等有限元分析软件对由微结构周期排列构成的样本块施加单轴压缩或拉伸的等效边界条件,对其变形进行仿真,获取其力学性能。实验法对制造机器、实验器具、实验方法要求较高,且制造、实验时间长,有限元分析法对微结构样本块进行仿真,计算规模大,时间慢。为了快捷、准确、全面获取微结构的力学性能,本文使用均质化方法,对各种类型的微结构进行力学性能分析,得到微结构的等效杨氏模量、剪切模量、泊松比、压缩强度、剪切强度,并展示微结构的弹性各向异性与应力分布,以实现对微结构力学性能的综合分析与全面理解。对于杆状微结构,研究人员对其进行了参数化描述,并对其多种力学性能进行了优化,例如优化结构使其达到目标弹性性能,各向同性优化,应力集中优化等;然而现有工作缺乏对于片状微结构参数描述,同样也缺乏对其力学性能的全局优化。为了充分发挥片状微结构高刚度、高强度的特点,受空心杆状结构启发,本文基于杆状微结构,对片状微结构进行了参数化描述,生成了一系列形态不同的片状微结构,并对片状微结构进行了目标弹性性能的优化。

关键词：微结构力学性能分析均质化理论形状优化增材制造

跨座式单轨1250mm宽钢-混组合轨道梁力学性能分析与截面优化

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跨座式单轨1250mm宽钢-混组合轨道梁力学性能分析与截面优化

作者：刘媛媛河北工程大学

学位级别：硕士

传统跨座式单轨轨道梁大多采用850mm宽箱型截面形式,相关企业针对我国三四线城市的轨道交通建设要求,在传统跨座式单轨车辆宽度基础上,提出了1250mm宽跨座式单轨列车截面形式,传统轨道梁截面已不再适用。本文以某高校拟建的“新一代跨... 详细信息

传统跨座式单轨轨道梁大多采用850mm宽箱型截面形式,相关企业针对我国三四线城市的轨道交通建设要求,在传统跨座式单轨车辆宽度基础上,提出了1250mm宽跨座式单轨列车截面形式,传统轨道梁截面已不再适用。本文以某高校拟建的“新一代跨座式单轨系统研究平台”为研究背景,对1250mm宽轨道梁选型展开研究,研究内容如下:（1）对轨道梁初步截面形式进行选型并依据现有组合梁试验对数值模拟技术进行可靠性验证。基于现有研究进行截面选型分析,提出25m跨度1250mm宽钢-混组合轨道梁初步截面形式;基于题为“外包U型钢-混凝土组合梁抗弯性能研究”的论文,该文在第二章设计了6个外包U型钢-混凝土组合梁试件,参照基础试件S1的试验参数,在不考虑残余应力情况下,进行数值建模,将本文模拟结果与该文参照基础试件S1试验参数模拟结果对比,研究结果表明,屈服荷载,极限荷载误差均在5%以内,验证了本文建模技术具有可靠性。（2）对25m跨度钢-混组合轨道梁进行理论计算,并基于有限元软件进行数值分析,与理论验算进行对比,在可靠的模拟技术基础上,对轨道梁进行受力性能分析。将理论计算结果与数值模拟结果对比,研究结果表明,结果误差在5%以内,再次验证了模拟技术可靠、计算结果正确;以此为基础展开数值分析,在最不利荷载工况下,对25m跨度轨道梁进行受力性能分析,研究结果表明,轨道梁强度、刚度、稳定性均满足规范要求,初步确定25m跨度轨道梁截面方案,紧接着探索35m跨度钢-混组合轨道梁截面方案,引入预弯,进行相同分析,研究结果表明,轨道梁受力性能均满足规范要求,确定35m跨度轨道梁初步截面方案。（3）对两种跨度轨道梁进行关键参数分析并进行截面优化,确定最终截面参数方案;分别对25m、35m跨度在三点加载情况下进行受弯分析,在实际加载情况下,基于各实际工况,进行受力分析,研究配筋率、高跨比、钢箱梁板厚、材料强度对其影响,结合分析结果,给出截面优化方案,研究结果表明,两种跨度优化后截面形式均满足规范要求,且经济性更好,最终确定截面形式,为“新一代跨座式单轨系统研究平台”建设提供参考。

关键词：跨座式单轨钢-混组合轨道梁力学性能分析截面优化

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电机直驱游梁式抽油机机构力学性能分析

电机直驱游梁式抽油机机构力学性能分析

作者：荣浩兰州理工大学

学位级别：硕士

随着科学技术的发展,节能低碳、绿色环保成为了现今企业转型升级的首要任务。生产厂家秉承新技术提升传统产业的理念,对现有的游梁式抽油机采用电机直驱新技术进行改造。但在使用中,发现电机直驱游梁式抽油机经常处于不平衡的运行状态,... 详细信息

随着科学技术的发展,节能低碳、绿色环保成为了现今企业转型升级的首要任务。生产厂家秉承新技术提升传统产业的理念,对现有的游梁式抽油机采用电机直驱新技术进行改造。但在使用中,发现电机直驱游梁式抽油机经常处于不平衡的运行状态,使得曲柄轴净扭矩波动大,导致抽油机能耗增加,从而减少了四连杆机构和直驱电机的使用寿命。本文针对电机直驱游梁式抽油机曲柄轴存在大扭矩的问题,进行抽油机机构力学性能分析研究。首先,基于电机直驱游梁式抽油机几何模型,对悬点运动规律、载荷、曲柄轴扭矩以及主要杆件的受力情况进行分析。其次,采用ADAMS动力学软件对机构进行动力学分析。通过抽油杆实际示功图施加载荷,研究曲柄平衡、游梁平衡以及复合平衡对曲柄扭矩的影响规律;并详细分析采用不同曲柄结构时对应曲柄扭矩的变化情况。然后,基于机械优化设计理论,借助MATLAB数据库软件编写了电机直驱游梁式抽油机结构优化设计程序。以曲柄轴净扭矩的峰值最小为目标,保证曲柄轴净扭矩始终为正值的目的:对优化前、后电机直驱游梁式抽油机进行了动态特性对比分析,得出曲柄轴扭矩波动最小的最佳性能参数。最后,使用ANSYS Workbench软件对优化后的电机直驱游梁式抽油机的关键部件进行静力学分析;对电机直驱游梁式抽油机在三种不同工况时进行瞬态动力学性能仿真测试。研究结果表明:(1)通过对电机直驱游梁式抽油机结构的优化,改善了整机的性能水平,使得曲柄轴最大净扭矩、扭矩因数TF都有所降低,净扭矩峰值降低了30.57%。(2)通过整机在三种不同工况时的性能测试分析,发现电机直驱游梁式抽油机在工况一、工况二运转时,运动平稳可靠,各连接部件没有出现严重的变形、失效和破坏等现象。在超载工况时驴头与游梁的连接处出现了应力集中的情况。因此在实际运行过程中要避免电机直驱游梁式抽油机在超载状况下启动运行,防止出现零部件疲劳失效,影响油田的正常生产运行。

关键词：电机直驱游梁式抽油机四杆机构力学性能分析结构优化整机性能验证

基于风压分布场的气肋式膜结构力学性能分析及优化

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基于风压分布场的气肋式膜结构力学性能分析及优化

作者：茹毅北京建筑大学

学位级别：硕士

充气式膜结构作为一种方便快捷、适应性强的建筑结构在我国发展迅速。随着充气式膜结构广泛应用,类型也更加多样。但其结构复杂,难以确定结构强度是否满足要求。因此探究一种适用于求解膜结构风压分布场的方法来校核结构强度具有重要意... 详细信息

充气式膜结构作为一种方便快捷、适应性强的建筑结构在我国发展迅速。随着充气式膜结构广泛应用,类型也更加多样。但其结构复杂,难以确定结构强度是否满足要求。因此探究一种适用于求解膜结构风压分布场的方法来校核结构强度具有重要意义。本文以应用广泛的直立拱形气肋式膜结构与曲面拱形气肋式膜结构为研究对象,通过计算流体动力学与结构有限元分析法求解了两种膜结构在不同工况下的风压分布与力学性能响应。根据控制变量法与响应面法对直立拱形气肋式膜结构外部参数进行优化,以减小篷布最大位移。主要研究工作与结论如下:(1)本文对比直立拱形气肋式膜结构在规范荷载和流场计算结果荷载下的力学性能响应。分析发现风场计算结果同规范体型系数分布相近,但风场结果更详细,结构荷载计算结果更为精确。(2)本文通过计算流体动力学求解曲面拱形气肋式膜结构风压分布,依据风压分布场结果建立结构有限元模型计算其力学性能响应。结果显示曲面拱形气肋式膜结构相较于直立拱形气肋式膜结构,其篷布端面最大位移大幅减小,且整体最大位移更小,因此曲面拱形气肋式膜结构更优。两种膜结构的篷布应力在风荷载较小时受气肋内压影响较大,均会出现沿气肋大应力带。当风荷载逐渐增大时,沿气肋大应力带逐渐消失,取而代之是受风荷载影响较大区域出现大应力区域。气肋应力主要受气肋内压影响,分布均匀,但当风荷载逐渐增大时,两种膜结构的气肋根部易出现大应力区域。(3)风向角的变化对曲面拱形气肋式膜结构最大负风压影响效果显著,最大负风压会随着风向角增大而逐渐增大。当风向角较小时,篷布位移主要受风压力影响,位移最大值均出现在迎风面位置。风向角逐渐增大,风吸力增大,篷布位移最大值转变到负风压区。风向角对篷布应力影响较小,应力最大值均出现在斜气肋根部交汇处。(4)本文通过响应面法对缆风绳布设角度、气肋内压、端面和侧面缆风绳初始预应力四个参数进行优化。以篷布位移最小为优化目标确定的最优方案参数为:缆风绳布设角度为30.8°、气肋内压为0.3MPa、端面缆风绳初始预应力为378.7Pa、侧面缆风绳初始预应力为188.0Pa。本文流场分析方法为求解膜结构风压分布提供了新思路,通过响应面法优化缆风绳等外部参数,为气肋式膜结构现场布设提供了参考。

关键词：气肋式膜结构湍流模型风压分布力学性能分析响应面法

层合板和CRTSⅡ型板式无砟轨道结构力学性能分析

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层合板和CRTSⅡ型板式无砟轨道结构力学性能分析

作者：夏清中南大学

学位级别：硕士

板式无砟轨道结构作为一种典型的多层复合板结构,是高速铁路的主要轨道结构形式。在以往的设计计算中,通常是基于梁或薄板理论进行分析,较少考虑剪切变形。因此有必要结合轨道结构的受力特性,对层合板和板式无砟轨道结构的力学性能进行... 详细信息

板式无砟轨道结构作为一种典型的多层复合板结构,是高速铁路的主要轨道结构形式。在以往的设计计算中,通常是基于梁或薄板理论进行分析,较少考虑剪切变形。因此有必要结合轨道结构的受力特性,对层合板和板式无砟轨道结构的力学性能进行研究。本文选取目前应用最为广泛的CRTSⅡ型板式无砟轨道结构为研究对象,综合考虑国内外无砟轨道结构以及层合板结构研究的侧重点和不足,采用不同的板理论对层合板和轨道结构的弯曲、结构动力响应和层间受力分析进行了研究。主要的研究内容如下:(1)基于薄板理论推导了考虑双向层间滑移的CRTSⅡ型板式无砟轨道结构的控制方程,总结轨道结构受到列车荷载场和基于自然环境的温度场,推导了较为符合实际情况的荷载场以及温度场加载模型。(2)推导了基于广义layerwise(LW)理论和高阶剪切变形理论(HSDT)的无网格径向点插值法(RPIM),然后验证了高阶剪切变形LW-RPIM的数值稳定性和适用性。采用LW-RPIM研究了弹性基础上层合板的自振、弯曲和层间受力问题,并且讨论了弹性地基和边界条件对层合板自由振动频率、模态和弯曲性能的影响。(3)对CRTSⅡ型板式无砟轨道结构的关键参数进行了总结,然后分别采用考虑双向滑移的层合板理论和HSDT-RPIM对轨道结构的力学性能进行分析。研究了抗滑移系数和弹性地基系数对轨道结构弯曲变形和双向滑移的影响,分析了边界条件对轨道结构的弯曲变形和层间应力的影响,以及对轨道结构的层间破坏提出解释。(4)分别基于经典层合板理论(CLPT)、一阶剪切变形理论(FSDT)和高阶剪切变形理论(HSDT),推导了运动荷载作用下层合板和CRTSⅡ型板式无砟轨道结构动力响应的控制方程。研究了厚宽比、弹性地基、移动荷载速度、荷载偏心程度对层合板和轨道结构动力响应的影响。分析了不同的层合板理论计算层合板和轨道结构动力响应时的差异变化。最后推导了基于layerwise理论的层合板控制方程。图131幅,表16个,参考文献116篇

关键词：层合板 CRTSⅡ型板式无砟轨道结构弹性地基剪切变形理论力学性能分析

隧道电缆巡检机器人结构设计及其力学性能分析

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兵工自动化 2022年第12期41卷 49-55,65页

作者：刘子恒吴杰陶卫军南京理工大学机械工程学院南京210000

为利用机器人代替人工完成隧道电缆巡检,设计一款带云台升降的吊轨式巡检机器人并对其行走过程进行力学分析。根据隧道内具体环境的要求,确定机器人工作原理与系统构成;对机器人的主要结构模块进行设计,并搭建机器人传感与控制系统;基... 详细信息

为利用机器人代替人工完成隧道电缆巡检,设计一款带云台升降的吊轨式巡检机器人并对其行走过程进行力学分析。根据隧道内具体环境的要求,确定机器人工作原理与系统构成;对机器人的主要结构模块进行设计,并搭建机器人传感与控制系统;基于达朗贝尔原理建立机器人行走过程力学模型,通过仿真对其行走过程中的驱动力变化规律进行分析。仿真结果表明:该机器人满足行走速度大于0.8m/s、爬坡能力大于15°以及转弯半径小于0.5 m的性能指标,具备可行性与实用价值。

关键词：巡检机器人隧道电缆力学性能分析

基于Python和Abaqus的波纹管力学性能分析软件开发

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重型机械 2023年第5期 77-84页

作者：秦晓晨刘静何进李兰云西安石油大学材料科学与工程学院西安市高性能油气田材料重点实验室陕西西安710065

为提高波纹管力学性能计算结果的准确度,减少误差,提高波纹管应力计算效率,利用Python语言和Abaqus软件研发一款应用于无加强U形波纹管的力学性能分析软件。该软件可以通过接口打开Matlab实现对波纹管的各类应力的常规公式计算;通过Aba... 详细信息

为提高波纹管力学性能计算结果的准确度,减少误差,提高波纹管应力计算效率,利用Python语言和Abaqus软件研发一款应用于无加强U形波纹管的力学性能分析软件。该软件可以通过接口打开Matlab实现对波纹管的各类应力的常规公式计算;通过Abaqus软件自带的二次开发接口,创建内置插件程序,实现了参数化建模和自动提取数据等功能。校验公式齐全,界面友好,有效避免了人工计算过程中出现各种错误,节约时间,保证了结果的可靠性和准确性。

关键词：波纹管力学性能分析 Python Abaqus

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桥式起重机主梁的力学性能分析

机电信息 2022年第15期 90-92页

作者：黄永平广东利元亨智能装备股份有限公司广东惠州516057

桥式起重机是起重机中使用范围最广、数量最多的机械之一,尤其是在制造业车间中使用广泛。在传统的设计过程中,为保证桥式起重机结构安全可靠,往往会选用较大的安全系数,使用过多的材料。针对桥式起重机重量大、材料浪费的问题,首先使... 详细信息

桥式起重机是起重机中使用范围最广、数量最多的机械之一,尤其是在制造业车间中使用广泛。在传统的设计过程中,为保证桥式起重机结构安全可靠,往往会选用较大的安全系数,使用过多的材料。针对桥式起重机重量大、材料浪费的问题,首先使用三维建模软件对单梁桥式起重机主梁进行三维建模,然后进行了主梁的力学性能分析,通过有限元计算的结果可知,在典型条件下,主梁所受的最大等效应力和最大等效位移均未超过许用值,且有着较大的富余。

关键词：桥式起重机主梁力学性能分析三维建模