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圆管结构的强度分析和有限元计算

发布于:2015-12-19 21:45
圆管强度分析

      大型井壁受力模拟试验系统是以深厚表土内井壁破裂问题为工程背景,针对深厚表土下井壁的受力特点而研发的大型岩土工程地质力学模拟试验装置。该试验装置的研发是确定深厚表土不稳定地层内井壁界面剪切本构关系和强度准则的重要试验平台,对于井壁的受力、变形计算、破裂预测以及井壁结构设计,具有重要的理论和现实意义。
      装置需模拟的试验对象为岩土工程结构,其受力状况较为复杂,模型试验装置可以比较全面真实地模拟各种复杂的地质构造,并从中发现一些新的力学现象和规律,为建立新的理论和数学模型提供依据。大量的工程实践证明,地质力学模型试验方法是研究大型岩土工程问题,特别是地下工程问题的一种行之有效的方法。
      由于试验装置需模拟的载荷非常大,为了保证试验系统的可靠性,需对其主要的零部件进行相应的力学分析。在设计过程中为了降低成本,减少零部件的厚度,设计相应的肋板结构来提高零部件的强度和刚度,因此在模型试验或压力容器的设计中,带肋板的结构常常会用到。计算时对零部件的力学模型进行合理地简化十分必要。以单层井壁受力模拟试验装置为例,该系统主要零部件包括新型组合式加载油缸、承载筒体、底座、下部推力油缸、上部推力油缸等。其中承载筒体不仅要承受均匀的径向内压,还受到来自上、下连接件通过法兰带来的垂直方向的拉伸应力,因此承载筒体处于复杂的三向应力状态,且其四周又均布了密集的纵横向肋板,结构更加复杂。需要根据弹性力学理论,对其力学特征进行分析,为该类零部件结构参数的确定提供理论依据。
      所设计构建的大型井壁受力模拟试验装置的承载筒体零件的力学建模,根据弹性力学理论,对其力学特征进行分析。为降低成本、减小筒体厚度,设计时将承载筒体周围布置密集的纵向和横向肋板,以增加筒体的强度和刚度。针对带纵横向肋板的圆管结构,以大型井壁受力模拟试验装置中承载筒体为例,将肋板隔开的曲面单元简化成四边固定受均布载荷的矩形平面弹性薄板,运用弹性薄板小挠度理论对筒体进行强度计算,建立承载筒体的应力公式及变形量公式,为该类结构的筒体厚度计算提供理论依据,也为带肋板结构的零部件力学模型的简化提供新的思路。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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