大落差管道清管冲击的有限元分析

中缅天然气管道云南段沿线地形复杂,多处形成了大落差起伏,给清管作业带来极大的安全隐患。针对大落差管道受清管器剧烈冲击而引起应力集中及变形的问题进行研究,基于有限元法建立清管冲击模型,分析管道受冲击时的动力学特性及在不同内压、清管器速度、土壤性质影响下的受力规律。结果表明:大落差管道受清管器冲击时,冲击力随时间变化曲线呈脉冲型波动;管道内压对清管冲击载荷影响显著,管道最大应力随内压增大而增大;清管器速度对冲击载荷影响较小;土壤类型为软塑性时,管道最大应力及变形会显著增大,并出现管-土分离状况。研究结果可为解决起伏地势下大落差管道安全清管问题提供理论依据。     

垂直摘锭结构参数优化设计与有限元分析

摘锭是采棉机在作业过程中与棉花和棉株直接接触的承载零件之一,外载荷引起的摘锭变形和折断等失效现象对采棉机采摘率有巨大的影响。对垂直摘锭结构进行理论受力分析,确定钩齿角度和摘锭内孔直径有效变化范围,建立16种参数组合模型,并利用有限元法对其结构进行静态和模态分析。静力学分析结果表明,不同钩齿角度间摘锭结构最大应力和变形量差异不明显,而随着内孔直径的增加,摘锭结构最大应力和变形量明显增大,其中最大应力在5.529 0～7.894 3 MPa之间,主要分布在钩齿齿根部位,变形量为0.008 1～0.009 1 mm,主要出现在摘锭的下半部;模态分析结果表明,摘锭结构的固有频率从第1阶开始均在400 Hz以上,避开了原动轴、滚筒轴以及自身的正常工作频率范围;通过对比分析应力、变形量,确定垂直摘锭内孔直径为16 mm的参数组合(16 mm-60°、16 mm-65°、16 mm-70°、16 mm-75°)较合理。结果可为采棉机关键零部件国产化、提高其工作效率和动力稳定性提供理论依据。     

管道内检测器皮碗过盈量对其力学行为的影响

为了研究管道内检测器皮碗过盈量对皮碗力学行为的影响,以直径为800 mm的管道的内检测器皮碗为研究对象,分析聚氨酯材料的力学特性,建立用于分析管道内检测器皮碗过盈量的二维轴对称有限元模型。通过计算分析,得到了皮碗过盈量为0~10%时,唇缘接触应力、唇缘接触长度、夹持端角度、唇缘角度、皮碗折点内外侧应力的变化趋势,并拟合得到了过盈量与上述参数之间的关系。结果表明:随着皮碗过盈量增加,皮碗唇缘应力趋势由指数下降趋势逐渐转化为线性下降趋势;皮碗唇缘接触长度、夹持端角度的增长速率随皮碗过盈量增大而快速增加;折点内外侧应力增长速率均随皮碗过盈量增大而减小;皮碗唇缘角度随着皮碗过盈量增大而线性减小。     

残膜捡拾机机架及梳齿的仿真设计与试验

机架和梳齿是残膜捡拾机的主要承载部件,为了研究机架的振动特性,利用有限元分析软件对机架进行模态分析,结果表明,机架的固有频率和外激频率相差较大,可以有效避免共振的发生。为了研究梳齿设计的合理性,利用离散元分析软件进行梳齿应力应变的正交试验,并利用DesignExpert软件进行曲面响应分析,结果表明,梳齿作业时运动速度越大,入土深度越大,入土角度越小,所受的土壤阻力越大。以耦合的方式分析得到梳齿的受力云图和变形量,结果表明,梳齿齿尖处受力最大,变形最大,其最大等效应力为183.4 MPa,最大变形量为20.949 mm,经校核梳齿的设计符合要求。样机捡拾率的田间试验结果高达85%以上,满足捡拾要求。     

基于HyperMesh和LS-DYNA的玉米籽粒碰撞损伤动态过程的有限元分析

为了明确玉米在籽粒收获过程中的碰撞损伤机制,寻求较小损伤的收获方式,利用三维扫描技术逆向建立玉米籽粒的三维实体模型,通过基于Hyper Mesh和LS-DYNA的籽粒碰撞有限元分析,研究在不同含水率(11.78%、17.63%、23.45%、29.31%、34.73%)、不同碰撞速度(4、6、8、10、12 m/s)下籽粒损伤动态过程,量化在不同因素水平下的碰撞过程中接触力、Von Mises应力和变形的变化,以确定在不同含水率下籽粒的损伤临界速度;提取关键的数字和图像结果,利用回归分析和响应曲面分析研究单因子及交互效应对响应值的影响规律;结合非线性多目标优化的计算方法,对碰撞参数进行优化计算,以验证所建立的回归模型的合理性。结果表明:玉米籽粒在碰撞时,应力由较小的接触区域向四周扩散,最大接触力、最大Von Mises应力随含水率的增大而减小,随碰撞速度的增大而增大,最大变形则相反;籽粒在含水率为11.78%、17.63%、23.45%、29.31%、34.73%时的临界损伤速度分别为5.51、6.75、8.15、9.36、10.57 m/s;建立的预测模型具有合理的决定系数,最佳碰撞参数组合为含水率26.99%,碰撞速度5.17 m/s,对应的最大接触力为19.30 N,最大应力为40.64 MPa,最大变形为0.73 mm,与实际仿真试验结果的误差小于8%,证明了回归模型的可靠性。     

基于有限元法的大豆种子碰撞模拟分析

针对大豆种子在脱粒过程中与脱粒机械部件碰撞导致其机械性损伤而影响出苗的问题,基于合农60品种参数统计的结果,利用有限元法模拟大豆种子的碰撞过程,分析其内部应力分布与位移形变随时间的变化。首先,通过全因素试验分析碰撞速度及接触半径对最大应力及最大位移的影响。结果表明,在信度水平为0.01时,对于最大应力和最大位移试验指标,接触半径和碰撞速度两因素对其影响都极显著;其次,研究了不同大豆种子体积对最大应力及最大位移的影响。在长度、宽度和厚度方向的撞击过程中,随着大豆种子体积的增大,撞击过程中最大应力都呈现先增大再减小的趋势;随着大豆种子体积的增大,撞击过程中最大位移都呈现线性增大的趋势。     

LNG储罐气相管结构的改进

利用有限元法分析计算了某LNG储罐气相管装料及卸料时的热应力,发现最大应力在气相管与内容器连接部位,其与气相管实际断裂位置吻合。分析结果表明：虽然装料与卸料会导致一定的压力与温度循环,但造成的交变应力强度幅很小,可以忽略其引起的疲劳损伤。造成结构破坏的原因为过大热应力导致的结构安定性失效。当内容器轴向收缩受限时,气相管应具有足够大的柔性,才能有效降低热应力,满足结构的安定性要求。从约束及热变形补偿入手,对消除及缓解LNG储罐气相管热应力的措施进行了探讨。（图5,参6）     

同心管分层注气井筒温度场计算方法

凝析气藏注气井井筒温度场计算是循环注气工艺设计及参数优化的重要基础。根据能量守恒原理和井筒传热机理,建立了同心双管分层注气井筒温度分布计算模型,并对井口注入参数和内外油管尺寸进行了敏感性分析。结果表明,外油管直径和内外管环空注气量是影响井筒温度分布的主要因素,注气温度仅对井筒上部的温度分布有明显影响。当外油管直径一定时,内油管直径大小对井筒温度影响较小;当内油管注气量不变时,内外管环空注气量越大,井筒流温梯度则越小,井底温度也越低。     

基于有限元法的农用车辆发动机连杆动静态特性分析

连杆是农业车辆发动机的重要组成部分。由于农业车辆作业强度大,连杆作业过程中其结构、位移及应力变化严重影响作业性能。针对以上问题,本文以某厂生产的内燃机连杆为研究对象,利用三维建模软件NX10.0建立连杆组模型,采用有限元法对连杆杆身、大头轴瓦、小头衬套进行受力分析,并对连杆在自由模态和预应力模态下的动态特性进行了分析。结果表明：连杆受拉伸载荷时最大应力为199 MPa,受压缩载荷时最大应力为230 MPa,且杆身两侧会发生翘曲变形,最大变形量为0.03 mm;在相同的接触条件和约束条件下,自由模态下前10阶振型和预应力下前6阶振型的变形总是在大（小）头处、杆身与两端的过渡处、杆身的中间部位。     

滚筒梳剪式荔枝采摘机齿形板的力学仿真分析

为了提高荔枝采摘效率,减轻劳动强度,降低生产成本,研发了一种滚筒梳剪式荔枝采摘机。根据荔枝果实尺寸和枝条物理特性,对采摘机的关键部件齿形板的结构进行了优化。基于ANSYS有限元分析平台对齿形板在剪切过程中刚度和应力变化进行仿真分析,结果表明：齿形板总位移由面板末端到齿顶逐渐增大,在齿顶附近达到最大值2.324 mm;齿形板齿面区域为低应力区且应力分布较均匀,安全系数为4.23;齿形板下端面螺栓连接处的附近等效应力最大,约为436.84 MPa。仿真数据验证了齿形板结构设计的可靠性,并为其局部结构的进一步优化提供了依据。     

基于ANSYS的农机单轮测试装置结构设计与优化

设计一套测试轮胎型号介于6.00-12与9.5-20之间的单轮牵引性能测试试验装置。对比分析了滑轨-内外框架式与平行四连杆-内外框架式2种框架结构的优缺点,确定使用前者作为装置主体,液压马达作为驱动轮胎动力源。针对在试验过程中由于地面不平整而导致传感器测力方向不稳定的问题,设计了内外框架的整体结构:测力传感器布置于内外框架间,使用预紧弹簧使两端球铰式拉压传感器始终受到拉力。利用Pro/E软件建立了装置框架三维模型,同时建立了计算外框架最大应力的数学计算模型并进行了计算。利用有限元分析软件ANSYS对其内外框架进行应力应变仿真,最大应力结果与理论计算结果相近,并在此基础上进行了结构强度分析和优化。结果表明,优化后内外框架在保证框架总体重量最小的基础上应力应变明显减小,达到使用刚度、强度。针对内外框架试验时的振动特性进行了模态分析和预测,仿真后分别得到了内外框架前四阶的固有振动频率。     

综合管廊燃气管道分支口受力数值模拟

针对综合管廊燃气管道分支口处弯管和三通较多的特点,以上海北岛西路综合管廊工程为例,采用有限元和数值理论方法,对多因素影响下的燃气管道应力和变形进行模拟分析。结果表明:燃气管道支架间距增大,其最大应力会减小;燃气管道焊缝缺陷长度增大,其最大应力会增大;燃气管道弯管角度增加,其最大应力呈现先增大后减小的趋势;管道变形量随支架间距减小而增大,且增大速度较快;管道焊接缺陷长度增大,管道变形量会增大,但增大幅度较小;同时,管道的走向变化对燃气管道的最大应力影响较大。研究结果可为管廊燃气管道分支口设计和施工提供重要的参考依据。     

不利围岩条件下调压井应力变形的有限元仿真分析

【目的】探讨不利围岩条件下调压井的应力变形特性。【方法】以摩洛哥某水电站调压井工程为例,运用大型有限元软件,建立了调压井应力变形分析的三维有限元模型,通过仿真计算获得了施工期与运行期调压井围岩及衬砌结构应力变形的分布与变化规律。【结果】在不利围岩条件下,施工开挖过程中围岩径向位移均指向井内,随着下层岩体的开挖,上层岩体的径向位移不断增大;沿高程方向,径向位移自上而下呈递减趋势,衬砌之前围岩变形基本稳定;运行期衬砌结构内、外侧环向正应力的分布规律沿高程方向基本一致,除调压井底部阻抗孔口处及调压井顶部外,内、外侧环向正应力均以拉应力为主,且自上而下大体呈递增趋势,内、外侧环向拉应力最大值均发生在调压井底部与阻抗孔口衔接处;施工期和运行期井周围岩的径向最大压应力及环向最大压应力均远小于围岩体的设计抗压强度,因此施工期井周围岩不会产生塑性破坏。【结论】在不利围岩条件下,调压井施工应采用自上而下分层开挖的方法,并及时喷锚和延迟一级衬砌;在调压井底部需采取加大衬砌混凝土标号、加设钢板内衬等增加强度的措施。     

河流穿越段水流冲刷作用下输气管道应力分析

河流穿越段输气管道在不同环境介质作用下易产生弯曲变形,是威胁管道运行安全的重要隐患。对河流穿越段不同环境介质作用下的输气管道进行应力分析,建立漂浮管段静力学分析物理模型,运用ANSYS软件对漂浮管段应力分布进行模拟,得到管道应力与应变分布情况,并讨论管道内压和水流速度对不同管径管道最大应力的影响及其变化规律。研究结果表明:管道内压或水流流速的增加会使管道受到的最大应力增加,且随着管道内压或流速的增大,管道最大应力的增长速度也变快;在流速或管道内压不变的情况下,随着管径的增加,管道受到的最大应力增大。(图9,表2,参20)     

基于有限元法的农用车辆发动机连杆动静态态特性分析

连杆是农业车辆发动机的重要组成部分,由于农业车辆作业强度大,连杆作业过程中其结构、位移及应力变化严重影响作业性能。针对以上问题,本文以某厂生产的内燃机连杆为研究对象,利用三维建模软件NX10.0建立连杆组模型。采用有限元法对连杆杆身,大头轴瓦,小头衬套进行受力分析。研究表明:连杆受拉伸载荷时最大应力为199Mpa,受压缩载荷时最大应力为230Mpa,且在杆身两侧会发生翘曲变形,最大变形量为0.03mm。对连杆在自由模态和预应力模态下进行了动态特性分析,在设置了相同的接触条件和约束条件下,得到自由模态下前10阶的振型和预应力下前6阶的振型,发现变形总是在大、小头处,杆身与两端的过渡处,杆身的中间部位。本文研究结果为指导连杆组及发动机设计提供理论依据。     

考虑泥皮作用的深厚覆盖层坝基防渗墙应力变形特性分析

【目的】分析深厚覆盖层坝基防渗墙墙体与覆盖层土体之间、墙段与墙段之间存在的泥皮对防渗墙应力和变形特性的影响。【方法】以新疆叶尔羌河下坂地水利枢纽工程大坝为例,通过试验确定了夹有泥皮情况下覆盖层土体与防渗墙之间接触面的参数,在对防渗墙进行分段并考虑泥皮作用的条件下,对施工期、蓄水期以及渗透压力作用下墙体的应力和变形情况进行分析,并与不考虑泥皮时的计算结果进行了对比。【结果】当接触面的摩擦系数为0.2～0.4时,在不同接触面参数条件下,在施工期,防渗墙的最大水平位移相对于不考虑泥皮时增大了0.002m,最大竖向位移增大了0.066～0.075m,最大拉应力降低了0.62 MPa,最大压应力降低了4.64～5.31 MPa;在蓄水期,防渗墙的最大水平位移相对于不考虑泥皮时增大了0.069～0.071m,最大竖向位移增大了0.009～0.027m,最大拉应力降低了0.39～0.50MPa,最大压应力降低了4.47～4.84MPa。【结论】泥皮对防渗墙各墙段间的相对错动能发挥一定的缓冲作用,有利于改善墙体的受力状态,对防渗墙应力和变形特性的影响非常明显。     

谷物联合收割机脱粒机机架有限元分析及优化

为校核某型号的谷物联合收割机脱粒机机架的强度特性,运用P/ROE软件建立机架的三维模型,并导入到ANSYS Workbench中进行有限元分析,确定其力学特性,得到该结构的应力、变形云图,找到最大应力产生的部位。结果表明,机架应力分布均匀,最大应力小于其许用应力,满足强度要求,且具有较大富余。最大变形量较小,变化合理,满足要求,并进一步运用拓扑优化方法对机架结构进行优化,优化后的机架质量减少20%,节省了材料,拓扑优化运用在机架设计中是有效的。     

海底管道立管局部冲刷数值模拟

基于κ-ε湍流模型,建立了海底管道立管与海洋平台桩腿相连接、海流流经海洋平台桩腿发生绕流现象的三维流场模型,模拟了冲刷过程中不同条件下立管附近流场及压力的变化,研究了海底管道立管局部冲刷机理.模拟结果表明:随着与立管连接的横管悬空量增大,立轴漩涡越来越密集,海底管道局部冲刷速度加快;在一定范围内,随着桩腿与立管间距的增大,冲刷速度加快,但是当该间距增大到一定程度时,冲刷速度逐渐减慢;增大桩腿的直径,可以减少海流携带泥沙量,冲刷作用得以减缓.     

轿车侧面柱碰撞结构响应与乘员损伤研究

基于侧面柱碰撞对乘员伤害的严重性，应用计算机仿真方法对轿车侧面柱碰撞进行研究.通过对车身侧面结构变形、加速度响应和假人损伤参数等方面的分析，揭示了柱碰撞的特性，并据此提出了改进门槛及地板横梁强度的措施.结果表明：与侧面壁障碰撞相比，轿车侧面柱碰撞造成了对乘员更严重的损伤风险，增大了车身侧面结构的侵入量.通过提高门槛梁、地板横梁强度可以有效地提高车辆抗柱撞的车身结构安全性.     

管道输送装置苹果下落过程分析与仿真

针对苹果采后管道输送过程中果实碰撞损伤较大的问题,对苹果在输送管道内下落的运动规律及管道输送装置最优参数组合进行研究。应用Ansys Workbench LS-DYNA软件进行苹果下落动力学仿真分析,并建立苹果在输送管道内下落的动力学模型,理论分析与仿真模拟相结合探究苹果在管道内的运动规律;以输送管道曲率半径、苹果果径和缓冲材料类型为因素,以苹果与果筐碰撞时的等效应力为试验指标,进行单因素仿真试验和3因素3水平正交试验,获得管道输送装置最优参数组合;应用对标试验对苹果输送过程仿真结果的可靠性进行验证。单因素试验结果表明：随着输送管道曲率半径的增大,苹果与果筐碰撞位置越靠近筐底,苹果与果筐碰撞时的等效应力逐渐增大;随着苹果果径的增大,苹果与果筐碰撞时的等效应力逐渐增大;缓冲材料对缓冲效果的影响顺序为,珍珠棉>EVA泡棉>保温保湿带>气泡膜>瓦楞纸衬垫。正交试验结果表明：3个因素对响应值影响均显著,显著程度由大到小为输送管道曲率半径>缓冲材料类型>苹果果径。当苹果果径为75 mm时管道输送装置最优参数组合为输送管道曲率半径200 cm、缓冲材料为珍珠棉,...