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月球冷却过程中的热应力与月震机制之间关系的初步分析

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地球物理学报 2023年第9期66卷 3730-3746页

作者：陶莎石耀霖朱伯靖中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049 中国科学院计算地球动力学重点实验室北京100049 中国科学院云南天文台昆明650216 中国科学院天文大科学研究中心北京100012

大量研究表明深源月震的周期性是由地球对月球的潮汐作用引起,但固体潮汐差应力的最大值远小于深源月震发生所需的岩体破裂应力,因此在潮汐力以外,应存在其他背景构造应力.此外,由于月球上并没有活跃的板块运动,浅源月震的发生机制也有... 详细信息

大量研究表明深源月震的周期性是由地球对月球的潮汐作用引起,但固体潮汐差应力的最大值远小于深源月震发生所需的岩体破裂应力,因此在潮汐力以外,应存在其他背景构造应力.此外,由于月球上并没有活跃的板块运动,浅源月震的发生机制也有待解决.本文用参量化模型初步模拟了月球冷却和岩石圈增厚的历史,并初步计算了月球内部的热应力增长速率以及长期应力松弛下累积至今的热应力,特别关注了深、浅源月震区域近期应力特征.研究结果显示:浅源月震区域内,热应力大小可以造成浅源月震区岩体破裂,且热应力以水平挤压为主,足以产生逆掩断层月震,与实际观测吻合;深源月震区域内,热应力虽然也有集中,但其量级大小并不足以成为造成无水干月岩破裂的主要原因.我们推测深源月震很可能与月幔最下层的部分熔融层释放的流体有关.本文的研究初步揭示了月球冷却收缩热应力与深、浅源月震产生机理间的关系,对未来的进一步深入研究提供了基础.

关键词：浅源月震深源月震背景应力场热演化热应力

超临界二氧化碳动力循环中印刷电路板换热器芯体机械应力和热应力耦合分析

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中国电机工程学报 2022年第2期42卷 640-649页

作者：吴家荣李红智杨玉张旭伟乔永强西安热工研究院有限公司陕西省西安市710054

超临界二氧化碳动力循环中印刷电路板换热器所处的高温高压工况可能导致芯体材料失效和结构破坏,有必要进行应力分析以优化通道结构,保证系统长期安全稳定运行。该文利用有限元方法对印刷电路板换热器芯体热冷通道特定路径的热应力、机... 详细信息

超临界二氧化碳动力循环中印刷电路板换热器所处的高温高压工况可能导致芯体材料失效和结构破坏,有必要进行应力分析以优化通道结构,保证系统长期安全稳定运行。该文利用有限元方法对印刷电路板换热器芯体热冷通道特定路径的热应力、机械应力和总应力进行分析,比较487.6~537.1℃范围内的热应力,分析半圆通道尖角圆弧半径对应力变化的影响。结果表明:芯体所受应力是工质压力和温度梯度共同作用的结果,冷通道的总应力大于热通道;芯体半圆截面通道尖角的存在导致应力集中,半圆弧中间位置因温度梯度较大产生较大热应力;增大芯体半圆截面尖角圆弧半径能有效减小应力集中处的机械应力和热应力,且机械应力减小幅度更大。最后,指出在通道结构设计时应注意改善尖角处的应力集中,并控制蚀刻深度,相同当量直径下采用圆截面的通道最大热应力、最大机械应力和最大总应力都有大幅的减小。

关键词：超临界二氧化碳印刷电路板换热器热应力机械应力应力集中

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地温梯度孕育的岩体热应力对岩爆预测的影响

西南交通大学学报 2022年第4期57卷 903-909页

作者：蒙伟何川吴枋胤陈子全周子寒寇昊西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室四川成都610031

为使在高地温环境下通过水压致裂获得的应力更加真实地预测岩爆,提出在岩爆预测过程中应考虑地温梯度孕育的岩体热应力.结合弹性理论获得了在高地温环境下水压致裂的理论应力解;基于此理论应力解对圆形隧道进行了岩爆预测;应用岩体热应... 详细信息

为使在高地温环境下通过水压致裂获得的应力更加真实地预测岩爆,提出在岩爆预测过程中应考虑地温梯度孕育的岩体热应力.结合弹性理论获得了在高地温环境下水压致裂的理论应力解;基于此理论应力解对圆形隧道进行了岩爆预测;应用岩体热应力公式对桑珠岭隧址区的岩爆进行了预测.研究结果表明:在高地温环境下,恒定压力和水平主应力会增加约一倍的岩体热应力,裂隙重开压力会增加约两倍的岩体热应力,垂直应力不变;如果在高地温环境下直接采用水压致裂测得的应力进行岩爆预测,当水平原位地应力大于竖向原位地应力时,得到的岩爆等级偏高,当水平原位地应力在重力应力和竖向原位地应力之间时,得到的岩爆预测位置与实际不一致,当水平原位地应力小于重力应力时,得到的岩爆等级偏低;桑珠岭隧址区的岩体热应力约为重力应力的61%,若不考虑此热应力进行岩爆预测会导致严重的错误.

关键词：高地温岩爆热应力地温梯度水压致裂

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固体氧化物燃料电池热应力失效研究进展

硅酸盐学报 2023年第4期51卷 1066-1077页

作者：李强强马帅李国君孙晓霞中国北方车辆研究所推进系统技术部北京100072 西安交通大学能源与动力工程学院热流科学与工程教育部重点实验室西安710049

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种高效率、燃料灵活、全固态的燃料电池,是世界各国竞相研究开发的重点.其长期在高温下运行,运行部件之间材料属性差异较大,内部不可避免产生的热应力引起的部件损坏失效问题比较严重,严重阻碍其商业化应用... 详细信息

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种高效率、燃料灵活、全固态的燃料电池,是世界各国竞相研究开发的重点.其长期在高温下运行,运行部件之间材料属性差异较大,内部不可避免产生的热应力引起的部件损坏失效问题比较严重,严重阻碍其商业化应用.SOFC的热力失效问题不同尺度下有不同的表现形式和机理,本文从电堆、单电池和电极多个尺度综述了目前国内外学者相关的研究工作和进展,并对此做出评述和展望,提出了未来值得进行的研究内容,为SOFC热力失效问题的研究提供指导.

关键词：固体氧化物燃料电池热应力数值模拟失效

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梯度孔隙阳极固体氧化物燃料电池的热应力

硅酸盐学报 2022年第5期50卷 1233-1240页

作者：宋明杜传胜王炳英马帅蒋文春中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院山东青岛266580 中国石油大学(华东)材料科学与工程学院山东青岛266580 中国石油大学(华东)新能源学院山东青岛266580

梯度阳极结构能够有效提高阳极支撑固体氧化物燃料电池(SOFC)的电性能,然而孔隙率的变化与阳极热机械性能与热应力分布密切相关,因此研究孔隙率对SOFC热应力和电性能的综合影响规律至关重要。基于COMSOL Multiphysics仿真平台建立了多... 详细信息

梯度阳极结构能够有效提高阳极支撑固体氧化物燃料电池(SOFC)的电性能,然而孔隙率的变化与阳极热机械性能与热应力分布密切相关,因此研究孔隙率对SOFC热应力和电性能的综合影响规律至关重要。基于COMSOL Multiphysics仿真平台建立了多物理场耦合作用下梯度孔隙阳极设计的SOFC热力学模型,考虑阳极材料力学性能与孔隙率的相关性,研究了具有梯度孔隙阳极结构的SOFC工作阶段电化学性能和热应力分布规律。结果表明:与通常孔隙率为0.4的均匀孔隙阳极设计SOFC相比,具有梯度孔隙阳极结构的SOFC在保持高电化学性能的同时显著改善了阳极电极-电解质-阴极电极结构的热机械匹配,其输出功率提升了3.5%,而电解质最大第1主应力下降了68.5%,极大减小了由热应力导致的失效概率。研究结果为优化SOFC阳极结构设计提供了理论与数据支持。

关键词：固体氧化物燃料电池热应力梯度孔隙阳极数值模拟

考虑热应力的冲击发散冷却结构参数敏感性分析及优化设计

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航空动力学报 2022年第11期37卷 2455-2464页

作者：李海旺张大伟由儒全北京航空航天大学航空发动机气动热力国家级重点实验室北京102206 北京航空航天大学航空发动机研究院北京102206 北京航空航天大学能源与动力工程学院北京102206

针对涡轮叶片高效冷却和安全可靠的发展要求,基于代理模型的优化方法,对冲击发散冷却典型结构参数气膜孔倾斜角、气膜平板高度、冲击距、气膜孔与冲击孔孔间距、孔径比对冷却结构综合冷却效率和最大热应力特性进行敏感性因素分析,并以... 详细信息

针对涡轮叶片高效冷却和安全可靠的发展要求,基于代理模型的优化方法,对冲击发散冷却典型结构参数气膜孔倾斜角、气膜平板高度、冲击距、气膜孔与冲击孔孔间距、孔径比对冷却结构综合冷却效率和最大热应力特性进行敏感性因素分析,并以最大化冷效、同时提高冷效并降低最大热应力两种优化方案进行优化。研究结果表明:高热应力区域出现在气膜孔附近,气膜孔倾斜角是影响综合冷效及最大热应力的主要影响因素。综合冷却效率和最大热应力两个优化目标存在竞争关系。通过多目标结构优化,冲击发散冷却结构综合冷效提高2.9%,最大热应力降低12.5%。

关键词：冲击发散冷却综合冷却效率热应力代理模型参数敏感性优化设计

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热应力专题序

力学学报 2020年第5期52卷 1233-1234页

作者：王骥杜建科宁波大学工学院浙江宁波315211

在全国从事热应力研究的同行们热情支持下,第三届全国热应力大会于2019年12月6—8日在宁波举行,近200位代表参会,提交了约70篇论文.会议日程紧凑,参会代表来自工程技术企业、科研院所和高等院校,参会人数和会议报告稳定,充分表明热应力... 详细信息

在全国从事热应力研究的同行们热情支持下,第三届全国热应力大会于2019年12月6—8日在宁波举行,近200位代表参会,提交了约70篇论文.会议日程紧凑,参会代表来自工程技术企业、科研院所和高等院校,参会人数和会议报告稳定,充分表明热应力问题日益受到工程技术人员的高度重视,全国热应力大会也逐渐成为大家探讨学术、启发思考、交流经验的重要平台.

关键词：工程技术人员会议日程参会人数热应力高等院校科研院所启发思考参会代表

超超临界锅炉垂直管圈水冷壁焊缝交错区域温度场建模及热应力模拟

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动力工程学报 2023年第3期43卷 307-313,358页

作者：钱钧严祯荣王化南陈乐何翔马达夫上海工程技术大学机械与汽车工程学院上海201620 机械工业锅炉低碳化技术重点实验室上海201620 上海市特种设备监督检验技术研究院上海201615 上海发电设备成套设计研究院有限责任公司上海200240

以某660 MW超超临界锅炉为对象,构建垂直管圈水冷壁焊缝交错区域温度场模型,研究热应力分布对裂纹的影响。结果表明:焊缝交错区域管环焊缝向火侧顶点的温度高于直管段管壁向火侧顶点温度,发生超温时比直管段管壁向火侧更容易开裂;水冷... 详细信息

以某660 MW超超临界锅炉为对象,构建垂直管圈水冷壁焊缝交错区域温度场模型,研究热应力分布对裂纹的影响。结果表明:焊缝交错区域管环焊缝向火侧顶点的温度高于直管段管壁向火侧顶点温度,发生超温时比直管段管壁向火侧更容易开裂;水冷壁管最大轴向拉应力位于焊缝交错区域管环焊缝焊趾向火侧顶点附近,在变负荷运行工况下易导致交变热应力,产生沿管环焊缝焊趾延伸的横向裂纹;焊缝交错区域应力集中处的等效应力大于直管段对应处,背火侧管环焊缝焊趾与鳍片角焊缝交接处等效应力最大,超过对应的高温屈服强度,材料在交变热应力作用下会诱发裂纹,裂纹沿管环焊缝焊趾向背火侧管壁延伸。

关键词：垂直管圈水冷壁横向裂纹管环焊缝鳍片角焊缝热应力数值模拟

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飞机多钉壁板混合结构热应力分析与验证

应用力学学报 2023年第1期40卷 40-47页

作者：雷凯王彬文成竹邓文亮吴敬涛中国飞机强度研究所西安710065

为了研究飞机机械连接混合结构在运营环境极端温度下产生的热应力,在刚度法基础上考虑温度场引起的变形,推导了典型单搭接连接件由热应力引起的钉载计算理论公式。针对壁板等较为复杂的大尺寸结构热应力分析难题,以铝合金“Z”型长桁和... 详细信息

为了研究飞机机械连接混合结构在运营环境极端温度下产生的热应力,在刚度法基础上考虑温度场引起的变形,推导了典型单搭接连接件由热应力引起的钉载计算理论公式。针对壁板等较为复杂的大尺寸结构热应力分析难题,以铝合金“Z”型长桁和复合材料蒙皮通过40个螺钉机械连接组成的多钉壁板为研究对象,基于梁-壳组合单元,建立了壁板结构2维仿真模型,获取了结构热应力和钉载分布规律。此外,通过开展低温环境试验,分析了结构中复合材料及金属在不同温度下由热应力引起的应变。结果表明,有限元分析和试验数据具有较好的一致性,通过平面建模方法可以有效减低多钉连接结构建模难度及计算量;多钉壁板的钉载分布规律为“U”型,最大载荷量级约为3500 N,为后续结构强度分析提供依据。

关键词：复合材料热膨胀系数热应力多钉壁板钉载有限元分析