三轴试验下煤岩体破坏机制与力学特性分析

为探究三轴应力环境下神东矿区煤样的力学特性及破坏模式,设置围压梯度为0.2、0.4、0.8、1.1、2.0和3.0MPa,采用电-液伺服试验系统开展室内三轴试验;通过试验数据拟合分析,建立峰值抗压强度、弹性模量与围压关系表达式;基于煤样试件破坏特征,讨论施加围压大小对煤样试件不同破坏模式的影响。研究结果表明:(1)峰值抗压强度和弹性模量随围压增大呈递增趋势;且峰值抗压强度和弹性模量的增幅随围压增大呈现出先增大后减小的变化规律;(2)峰值抗压强度与围压呈对数函数分布规律;而弹性模量随围压增大呈指数函数形式递增。(3)随着围压增大,煤样破坏形式可能表现为拉伸-拉剪(拉伸主导)-拉剪(剪切主导)-剪切的破坏模式。该研究结果能够为今后神东矿区煤炭深部开采设计提供有效的实验参数。     

动力钻具壳体螺纹断裂分析与研究

本文分析了动力钻具粘扣及断裂事故,根据螺纹连接的有限元控制方程,建立了螺纹接头的有限元模型,对其进行有限元计算,得到结论:(1)从有限元结果分析发现,公螺纹扣整体的应力变化逐渐向台阶端面扩展,但应力整体变化不大,公扣螺纹的最大应力比母扣要大2倍左右,母扣螺纹内部台阶部位则变化比较明显,导致螺纹接触会发生粘扣;(2)螺纹扣在8吨的压缩载荷下螺纹工作应力最大为802.6 MPa,在螺纹材料的需用屈服应力范围内,响度安全;(3)在压扭复合载荷下螺纹扣在8吨的压缩载荷下螺纹工作应力最大为926.2 MPa,接近API螺纹材料的需用屈服应力影响了螺纹扣壳体的连接强度。     

高压烧结热电材料残余应力分析的理论模型

高压烧结是一种制备高性能热电材料的新方法.高压烧结热电材料在卸压过程中产生弹性后效,严重者产生裂纹并导致破裂.本文根据弹性后效产生原理,建立了一种简单的力学模型,并根据经典弹性力学理论计算出该模型下颗粒接触处的残余应力分布,并用ANSYS软件对该模型进行了有限元计算,有限元计算结果和理论计算结果一致,对进一步研究高压烧结热电材料产生残余应力导致成品破裂的机理具有很好的参考价值.     

霍普金森杆在猪膝关节软骨研究中的应用

在传统霍普金森压杆基础上,针对膝关节软骨这种软物质在动态力学性能测试中存在的试样两端应力无法平衡及透射信号弱的问题,提出了相应的改进措施,并采用改进后的分离式霍普金森压杆对猪膝关节软骨进行了不同应变率下的冲击压缩实验,获得了猪膝关节软骨在五种应变率下即500s~(-1)、1000s~(-1)、2000s~(-1)、2700s~(-1)和3500s~(-1)的应力-应变曲线。探讨了猪膝关节软骨在不同应变率下的力学性能、对应变率的相关性和本构关系,为新型人工膝关节假体的设计提供了理论依据。     

Φ36×5.5空心抽油杆与接箍连接有限元分析

为了从力学角度明确抽油杆断脱的原因,以某油田抽油杆断脱事故为背景,建立了抽油杆受力模型,使用abaqus对Φ36×5.5空心抽油杆与接箍的连接部分进行有限元分析,结果显示当轴向载荷达到500 kN时,最大应力397 MPa发生在抽油杆螺纹的第一扣处,抽油杆与接箍的螺纹部分应力明显大于模型的主体部分,通过对比轴向载荷下应力分布图可知抽油杆与接箍主题部分受力较小,其螺纹连接根部是整个抽油杆系统的最薄弱部分。     

高干缩水泥浆裂纹生成的力学分析

选用混合模型研究受单一骨料约束的高干缩水泥浆的裂纹特性,在骨料中粘结力约束的影响通过应力传感器的试验测定。建立力学模型,将测量值作为计算值,对模型随时间变化的高干缩水泥浆的裂纹扩展情况进行线弹性断裂力学分析。力学模型的计算结果和试验结果是一致的。     

近接溶洞位置对隧道的稳定性影响数值分析

以千岛湖引水工程为背景,利用有限元软件Abaqus建立了隧道和近接溶洞处于不同位置关系的多个模型,通过对比隧道各处的应力、位移等力学参数来分析在各种情况下溶洞对隧道造成的影响。结果表明,隧道拱腰和溶洞空腔接触段所受应力较大,且随着接触段长度的增加,应力集中的现象趋于明显,需要分别采取一定的加固措施。     

管桩复合地基受力特性离心模型试验研究

为研究管桩复合地基受力特性以某高速公路改扩建工程为原型构建了拓宽路基土工离心模型试验,利用光纤布拉格光栅传感器和微型土压力盒监测了管桩模型的桩身应变与桩顶、桩间土的应力,根据监测结果分析了复合地基受力特性。试验结果表明桩身轴力峰值出现在桩身1/4处,管桩上部约1/5桩身为负摩阻力、下部为正摩阻力且随深度的增加逐渐增大。管桩复合地基中桩土应力比随桩间距的增大而变大。     

JF75-6矿车支撑架受力与振动特性研究

使用UG NX8.0建立了JF75-6矿车支撑架三维模型,并在ANSYS Workbench中进行了有限元模型应力计算和模态分析。应力计算结果表明,JF75-6矿车支撑架中间部位定位孔圆角处应力集中明显,最大应力为385 MPa。模态分析结果表明,JF75-6矿车支撑架1阶固有频率为100 Hz,翻斗过程中外界振动频率一般为20-50Hz,满足要求,避免发生共振。针对应力集中、容易造成疲劳断裂,提出了改进方案,改进后的JF75-6矿车支撑架中间部位定位孔圆角处根部应力为157 MPa,大大提高了安全系数,延长矿车使用寿命。此外对新方案进行了谐响应分析,仿真分析表明改进后的JF75-6矿车支撑架对20-50Hz的振动具有很好效果。     

深水闸板防喷器剪切油管过程力学分析

为研究深水闸板防喷器剪切油管过程应力和变形特征,计算了极限剪切力的理论值。采用有限元ANSYS软件模拟油管变形过程,建立了三维有限元模型并进行了非线性静力学仿真分析。结果表明,油管受力过程中最易出现应力集中和裂纹的部位是水平对径和上下对径四个塑性铰处。     

黄土地区重力式U型桥台尺寸效应对其力学性能的影响研究

为研究黄土地区高大宽重力式U型桥台开裂病害与其自身结构尺寸之间的关系,本文利用有限元软件ANSYS建立三维实体模型,考虑桥台与土体接触的状态非线性问题,通过设置不同工况和和控制变量的方法分别模拟不同阶段桥台尺寸效应对其力学性能的影响。结果表明,重力式U型桥台前墙与侧墙交接部位高度约2/3处为其薄弱环节,该处拉应力随桥台高度、宽度及侧墙长度的增加呈线性增长规律。     

2500型压裂泵曲轴应力有限元分析及优化

本文通过对CDJY2500型五缸压裂泵的曲轴所受应力进行有限元分析,研究了实际工况下曲轴的应力动态分布情况,并建立了曲轴的有限元模型。通过分析影响曲轴最大应力的因素,得出曲轴轴颈处圆角的r、h、d与其最大应力直接相关,通过优化分析得出当d=194mm,h=3.5mm,r=6.5mm时,曲轴最大应力为163.72MPa。相对于普通圆角结构曲轴的最大应力下降了19%,优化效果比较显著。通过分析和优化,使曲轴自身的应力分布上更加的合理,从而为合理设计曲轴提供依据,为油田研发高效泵提供了理论参考和技术支持。     

砾石含量及破碎率对土力学特性的影响

土体中砾石的含量和高应力下破碎率的不同,对土体的力学特性和强度存在不同程度的影响。本文通过土体中不同粒径粒组的砾石进行了8 MPa、12 MPa、15 MPa竖向应力的侧限压缩试验和砾石含量为20%、40%、60%粗细粒混合土,分别在100 kPa、200 kPa、400kPa围压下进行三轴剪切(CD)试验,比较分析得到结论:(1)终止竖向应力越大,砾石破碎率增加。(2)粒径及级配对破碎影响显著。相同终止竖向应力下,粒径越大,破碎率越大;级配越良好,破碎率越小。(3)试样在CD条件下表现为低围压时主应力差(σ_1-σ_3)最大值随细粒含量减少而增大,60%试样增加明显;高围压时,体应变也明显增大,砾石含量越多应变硬化的特性明显,偏应力显著增加。(4)在CD试验条件下均为体缩,无剪胀发生,随着砾石含量的增加,体变逐渐减小。     

案例讨论式教学在力学课程中的探索

在土木工程专业力学课程教学中,探讨了“空手劈砖”案例的不同工况及力学知识。由学生分组开展分析与讨论,形成3种工况,并明确了相应的力学模型。在不同工况下,开展了砖的结构简图、内力分析、影响因素、危险截面、应力分析和动力分析。随着课程的逐步推进,学生逐步运用所学知识开展讨论,并分析了相关的力学现象。分析结果表明,工况3的效果最好,劈砖荷载约为608N,与相关文献吻合。该讨论式案例的引入调动了学生的兴趣,促进学生的思考、讨论、建模、分析和交流总结的能力,提升了课程的教学效果。     

汽车方向盘动静态特性分析

为了验证某车方向盘的各项动静态特性是否满足设计要求,本文基于有限元方法对其进行约束模态分析。其第一阶约束模态频率为40.2Hz,处于发动机激励频率范围之外,可有效避免其发生共振。抗扭分析结果表明,其250N·M工况时的最大弹性变形角度为0.55°,永久变形角度为9.6E-5°。当在轴心位置加载1470N进行强度分析时的最大变形为0.8mm,卸载后的最大变形为1.49E-4mm。通过对方向盘进行压穿80mm断裂分析,其最大应力为497.7MPa,小于其材料抗拉强度,分析结果表明方向盘的各项特性均满足设计要求。     

基于ANSYS的走滑断层黏滑运动的数值模拟

运用ANSYS软件建立二维几何模型,采用粘弹性的力学参数,通过建立接触单元,模拟了10万年时间尺度的平直走滑断层活动(即地震),通过与时间相关的瞬态计算方法分析了压性条件下的断层活动特征,得出在给定的边界条件下断层的最大位错为6m,约在4.1万年以前断层发生的位错都比较小,且平直断层的周期性活动不明显。     

侧方近接溶洞对隧道影响的数值模拟研究

以千岛湖引水工程为背景,利用Abaqus有限元软件针对不同接触段长度、不同围岩等级的隧道与溶洞建立模型,得出了隧道断面不同位置的位移、应力,从拱顶沉降、洞周收敛、拱腰内外壁应力等多个方面对比。结果表明,随着接触段长度的增加,拱腰衬砌的应力、位移显著增加,应力集中现象明显,且在较弱的围岩条件下增长幅度更大。     

基于CAE试验对标方法的汽车制动鼓研究

制动鼓是鼓式制动器的关键安全部件,为了提高制动鼓设计的精确性,本文基于Nastran软件的有限元方法和试验方法对制动鼓进行模态分析,其对标结果的误差在5%之内,验证了该CAE技术方法具有较高的可行性和可靠性。基于模态分析的有限元模型进行静强度分析和MSC.Fatigue疲劳寿命预测,分析结果表明其最大应力和最薄弱处均位于与轮毂刚性连接螺栓孔处,最大主应力为94.5MPa,最小寿命为3.986E+7,满足设计要求。该研究方法为类似产品的设计开发提供了一套系统的方法和参考。     

套筒式海底管道连接器力学性能分析

通过SolidWorks建立了套筒式连接器的三维模型,并将该模型导入ABAQUS分析了其在外压及内压荷载下的力学性能。实际工况为工作内为34.5 MPa,工作水深1500 m,本文分析了在该工况下套筒式连接器对中、锁紧机构在执行过程中的应力分布情形,同时分析了卡爪与驱动环之间的自锁情况。文章同时对连接器在内压荷载及外压荷载下的密封性能进行了重点分析,具体研究了卡爪和密封圈在设定工况下的应力分布并进一步导出其应力云图、位移云图。通过上述分析可知,该型套筒式连接器选材、设计参数合理,可有效保证连接和密封性能的可靠性,并具有一定的安全冗余度。     

多尺度内聚力有限元方法在锂离子电池中的应用

锂离子电池电极材料中锂离子扩散与结构应力的耦合作用是影响电池性能和安全的重要因素,为了模拟该过程中的浓度扩散和应力演化,提出了一种基于多尺度内聚力有限元方法的扩散-应力耦合模型,通过将化学能与应变能相结合,分别建立浓度场及应力场控制方程并推导了其有限元格式。以负极材料薄膜硅为例建立了二维的数值算例模型,计算了无晶界和含晶界情况下,不考虑材料损伤的电极材料中由于锂离子嵌入所引起的浓度及应力变化。多尺度有限元模型从原子尺度出发计算结构应力,丰富了材料的本构关系和物理性质,内聚力单元在描述界面处的物理特性如浓度、应力时具有很高的灵活性和有效性,该模型的提出为更准确地理解锂离子电池电极中的锂离子扩散-应力耦合过程提供了理论方法。