强度分析（共12篇）
强度分析 篇1
水泥国家标准中规定了3 d和28 d两个龄期的抗折和抗压强度。它反映了水泥强度的发展规律, 应该是一个高度相关的关系。笔者对本地P.O32.5R和P.C32.5R等级的水泥进行了大量的试验与统计并建立相关方程式, 从而根据水泥3 d强度推算28 d强度, 对这些异常可以及时发现, 加以重视。
1 建立推定关系式
我们对部分试验成果的强度指标进行了初步计算, 就抗压强度而言, 验证了3 d与28 d强度具有较好的线性相关关系, 相关系数高度相关。我们选择相关性较好的方程式利用3 d强度推算28 d强度。水泥试验资料的收集以P.O32.5R和P.C32.5R等级为主, 相对而言, 本次统计分析假定条件为早期推定强度误差为零, 其范围为同一等级, 不同品牌, 为了清除人为试验误差, 在收集数据时, 从不同试验人员检验的结果数据中, 按不同试验时间, 随机抽取P.O32.5R水泥282组和P.C32.5R水泥62组试验数据, 采用线性回归和幂函数分别进行计算, 分析研究其相关规律。
2 数据采用验证及统计分析
我们分别对P.O32.5R水泥、P.C32.5R水泥按同一水泥样品3 d和28 d抗压/抗折强度为一组, 对应排列进行计算, 求出相关系数, 看其是否能达到高度相关性, 从而选择较好的方程式。
2.1 P.O32.5R水泥数据统计分析
由P.O32.5R水泥3 d与28 d强度的部分试验数据计算得出的结果分别为:样品P.O32.5R水泥28 d抗折强度平均值为
经分析计算, 本地区P.O32.5R水泥采用线性回归计算的相关系数和方程表达式:
抗压强度相关系数r=0.909;
抗压强度y=1.302x+11.105。
抗折强度相关系数r=0.905;
抗折强度y=0.992 6x+2.694 6。
x为水泥的3 d抗压/抗折强度, y为水泥的28 d抗压/抗折强度 (下同) 。
采用幂函数计算的相关系数和方程表达式:
抗压强度相关系数r=0.903;抗压强度y=4.586 1x0.698 8。
抗折强度相关系数r=0.897;抗折强度y=2.912 6x0.598 6。
P.O32.5R水泥3 d和28 d抗压、抗折强度关系见图1。
2.2 P.C32.5R水泥数据统计分析
由P.C32.5R水泥3 d与28 d强度的试验数据计算得出的结果分别为:样品P.C32.5R水泥28 d抗折强度平均值为
经分析计算, 本地区P.C32.5R水泥采用线性回归计算的相关系数和方程表达式:
抗压强度相关系数r=0.958;
抗压强度y=1.248 6x+13.536。
抗折强度相关系数r=0.923;
抗折强度y=0.917 2x+3.272 2。
采用幂函数计算的相关系数和方程表达式:
抗压强度相关系数r=0.956;抗压强度y=5.838 4x0.631 1。
抗折强度相关系数r=0.923;抗折强度y=3.293 3x0.539 6。
P.C32.5R水泥3 d与28 d抗压、抗折强度关系见图2。
3 反证引用关系式
从以上计算得知:采用线性回归计算的相关系数均大于采用幂函数计算的相关系数且大于0.90, 相关性较高, 可以使用线性回归计算的4个关系式, 以3 d的试验成果推算P.O32.5R和P.C32.5R等级水泥28 d的抗压强度、抗折强度。为了进一步验证该关系式的可靠性, 我们进行了试验反证, 随机分别抽取P.O32.5R和P.C32.5R各5组试验样品, P.O32.5R水泥试验结果与关系曲线的计算结果对照见表1。
根据P.O32.5R水泥试验结果与关系曲线的计算结果对照, 数据进行对应的标准差和离散系数的计算, 其结果离散性很小, 试验数值与关系式计算值非常接近, 故本文推荐的线性分析关系式具有可靠性和实际施工参照价值。
4结语
1) 采用线性回归计算的相关系数大于0.90, 相关性较高。2) 当水泥牌号为P.O32.5R水泥时:28 d水泥抗压强度推算式为y=1.302 x+11.105。28 d水泥抗折强度推算式为y=0.992 6 x+2.694 6。X为水泥的3 d抗压/抗折强度, y为水泥的28 d抗压/抗折强度 (下同) 。3) 当水泥牌号为P.C32.5R水泥时:28 d水泥抗压强度推算式为y=1.248 6 x+13.536。28 d水泥抗折强度推算式为y=0.917 2 x+3.272 2。4) 本文所推荐的这4个关系式是根据我们这个地区常用的P.O32.5R和P.C32.5R等级水泥的实测结果计算分析得出的。在实际应用中应根据各地区常用的水泥试验结果推算当地关系式。当发现常用的水泥强度发展规律有变化时, 应根据积累的试验数据重新计算调整关系式。5) 不同品种的水泥, 不同水灰比, 强度发展规律也不同, 也应相应求得专用关系式。6) 按关系式求得的28 d强度仅可作为实际应用中的参考值, 而不能用来确定水泥28 d强度的准确值。具体评定水泥强度是否合格, 还要以水泥试验28 d强度结果为依据。
摘要：通过对3 d和28 d水泥抗压强度的对比检测, 运用误差分析和数理统计等方法, 对3 d和28 d水泥抗压强度值进行统计和分析, 从而总结出一个3 d水泥抗压强度和28 d水泥抗压强度之间关系的修正系数。
关键词：水泥,强度,相关性,分析
参考文献
[1]JGJ/T 15-2008, 早期推定混凝土强度试验方法标准[S].
[2]DL/T 5129-2001, 碾压式土石坝施工规范[S].
[3]林连海.水泥稳定碎石混合料强度发展规律研究[J].山西建筑, 2008, 34 (18) :161-162.
强度分析 篇2
作 者：余晖 胡春梅 蒋乐贻 Yu Hui Hu Chunmei Jiang Leyi 作者单位：余晖,蒋乐贻,Yu Hui,Jiang Leyi(上海台风研究所,上海,200030;中国气象局台风预报技术重点开放实验室,上海,200030)
胡春梅,Hu Chunmei(重庆市气象台,重庆,401147)
强度分析 篇3
【关键词】粗集料；单轴抗压强度；混凝土；抗弯拉强度
Analysis of the Impact of Coarse Aggregate Strength and Gradation on Flexural Tensile Strength of Concrete
Wang Shui
（Pingdingshan JiaYang Road and Bridge Engineering Co. Ltd Pingdingshan Henan 467000）
【Abstract】In order to study the relationship between the strength and gradation of coarse aggregate and the flexural tensile strength of concrete pavement， different uniaxial compressive strength and gradation of coarse aggregate crushed stone were adopted on the pavement overlay test-section of a provincial road during the construction. After the concrete curing， core samples were tested to get flexural tensile strength values. The results suggested that the flexural tensile strength of the concrete should be improved at some extent as the coarse strength gets higher， but the gradation influenced it greater.
【Key words】Coarse aggregate；Uniaxial compressive strength；Concrete；Tensile strength
集料是混凝土中最主要的组成材料。对于水泥混凝土来说，粒径在5mm以上者，称为粗集料；粒径在5mm以下者，称为细集料。过去在很长一段时期内，许多学者都将集料视为混凝土中的惰性成分，认为其除了级配外，骨料的其他特性如强度及级配等对水泥混凝土以及水泥路面性能几乎没有影响[1]。然而，粗、细集料在水泥混凝土中占有约80%的比例。因此，集料的特性如强度及级配对水泥混凝土的力学性能的形成的重要性不言而喻。为了进一步探究集料对水泥混凝土强度的作用，有必要研究集料特性如强度对水泥混凝土力学性能的影响。本文通过试验研究，探索了粗集料强度、级配与路面混凝土抗弯拉强度之间的关系，为路面水泥混凝土施工中粗集料的选用提供相关经验。
1. 同一级配不同强度粗集料对混凝土抗弯拉强度的影响
1.1 试验方案。
（1）某省道路面加铺工程，加铺26cm厚度的水泥混凝土面层，路面设计弯拉强度为5.0MPa。为了探明粗集料强度与路面混凝土抗弯拉强度之间的关系，试验段路面水泥混凝土采用了四种不同强度、级配的粗集料，标准养生结束后取芯进行抗拉强度试验。试验方案如表1，各方案的粗集料筛分见图1，方案1和方案3的级配筛分结果见表2，方案2和方案4的级配筛分结果见表3。各方案均取芯14个，进行弯拉强度试验。
（2）由表5可知，4种方案混凝土的弯拉强度均满足强度评定标准。在碎石强度低（76MPa）的情况下，方案1采用5～40mm碎石施工的路面混凝土抗弯拉强度（平均值5.34MPa），与方案2采用4.75～31.5mm碎石施工的路面混凝土抗弯拉强度（平均值5.33MPa）相当；在岩石强度高（130MPa）的情况下，方案3采用5～40mm碎石施工的路面混凝土抗弯拉强度（平均值5.60MPa），比方案4采用4.75～31.5mm碎石施工的路面混凝土抗弯拉强度（平均值5.95MPa）要低。同样级配情况下，方案1比方案3的抗拉强度低，方案2比方案4的抗拉强度低，说明粗集料的强度对混凝土的抗弯拉强度有一定贡献，粗集料的强度越高，其混凝土的抗弯拉强度能够得到一定程度的提高。
（3）从图2（a）、图2（b）可以看出，芯样破裂时，粗集料均与水泥浆形成整体共同受力而破坏，可见方案1和方案2都形成了骨架结构。从图2（c）、图2（d）可以看出，方案4碎石粗集料与水泥浆形成整体共同受力而破坏，形成了骨架结构；但是，方案3试件断面出现了水泥浆沿大粒径碎石表面剥离破坏的现象，可见部分粗集料与水泥浆没有共同受力。分析其原因，可能是最大粒径骨料含量较多造成断面上骨料与水泥浆接触面过大，而在水泥混凝土中，粗骨料和水泥浆的接触面是其薄弱环节，说明粗集料的级配对混凝土的弯拉强度的影响作用。
2. 同一强度不同级配粗集料对混凝土抗弯拉强度的影响
上述可见，要想让粗集料在混凝土中起到良好的骨架作用，应结合集料的强度选择级配范围，让集料与水泥浆最好的共同受力，为此，我们做了以下试验。
2.2.1 对于试验方案一：
（1）采用低强度的粗集料配制混凝土，级配越粗，弯拉强度反而越低（筛孔31.5的通过率6.3%，在三种级配比较中属于粗级配，弯拉强度只有5.7MPa；通过率7.4%，弯拉强度6.08MPa，而级配最细的级配3，弯拉强度能达到6.23MPa）。
（2）通过切开试件观察，级配三的混凝土，由于粗集料中粗颗粒较少，中等颗粒较为集中，集料间排布密实，互相形成了骨架，同时集料均与水泥浆形成整体共同受力，大大了增加了其抗弯拉强度。
（3）进一步深入分析试验一中的三种混凝土，选用Dmxa较小的粗骨料，水泥浆体和单个集料界面的过渡层周长和厚度均较小，难以形成大的缺陷，有利于界面强度的提高，这样，即使集料的单轴抗压强度不高，级配越细的混凝土抗弯拉强度由于级配的优化得到了提升。
2.2.2 对于试验方案二：
2.2.2.1 采用高强度的粗集料配制混凝土，三种级配下混凝土的弯拉强度均比低强度粗集料配制的混凝土大，也说明了，粗集料的单轴抗压强度对混凝土的整体抗弯拉强度是有一定贡献的。
2.2.2.2 从这三种级配的粗细分析，最粗级配的级配三（31.5的通过率只有3.6%），其配制的混凝土弯拉强度反而最低，只有5.88MPa，而级配一和级配二均比其大，说明采用高强度碎石配制混凝土时，不能够盲目选择粗级配的粗集料。
2.2.2.3 但另一方面比较级配一和级配二发现，粗级配的粗集料对混凝土的整体抗弯拉强度又是有好处的（31.5通过率为4.2%的级配二，其配制的混凝土抗弯拉强度达到6.62MPa），因此说明，级配的作用比单集料强度的作用更大，即级配对混凝土强度的影响更大。从后来三种级配下的混凝土切开观察得到证实：
（1）级配一：粗集料被大部分中小集料包围，粗颗粒间难以形成有效支撑，骨架作用主要体现在中粗集料之间的嵌挤作用，但此时还是有部分粗集料与水泥浆没有共同受力。
（2）级配二：粗集料间嵌挤密实，骨架作用明显，水泥浆与集料间充分结合，共同受力。
（3）级配三：粗集料的粗颗粒较大，局部形成了离析，水泥浆分布不均，无法与较多的粗集料共同受力。
3. 结语
3.1 通过上述的试验对比，对粗集料强度、级配与路面混凝土抗弯拉强度之间的关系取得了初步性探索，综合试验结果，可得到以下结论：
（1）粗集料的强度（单轴抗压强度）对混凝土的抗弯拉强度是有一定影响的，集料的强度越高，其混凝土的抗弯拉强度能够得到一定程度的提高。
（2）能够不破坏混凝土骨架作用的级配，其抗弯拉强度较高，级配对混凝土的抗弯拉强度的影响比粗集料强度大。
（3）对于单轴抗压强度较高的粗集料来说，最大公称粒径及最大粒径含量应适当减小，从而使粗集料与水泥浆形成整体
共同受力，形成骨架作用。
3.2 通过分析粗集料的强度与颗粒级配对混凝土强度的影响，由上述的颗粒级配与碎石强度、混凝土强度关系可知：粗集料的选择应综合考虑碎石的强度与级配相结合的原则。
（1） 当碎石强度较低时，不同盲目认为粗集料中粗颗粒越多，其骨架作用越强，宜充分比较优化整个混凝土的配比组成，选择较细的颗粒级配，利于骨架的形成。
（2） 当碎石强度较高时，也同样宜选择相对较细的颗粒级配，防止其破坏混凝土整体骨架性，这样即能发挥粗集料的强度作用，又能发挥混凝土整体的骨架作用。
参考文献
[1] 余勇.水泥混凝土路面病害机理及对策研究[D].武汉：华中科技大学，2006.
[2] GBJ 97-87，水泥混凝土路面施工及验收规范.
[3] JTG F30-2003，公路水泥混凝土路面施工技术规范.
（2）通过切开试件观察，级配三的混凝土，由于粗集料中粗颗粒较少，中等颗粒较为集中，集料间排布密实，互相形成了骨架，同时集料均与水泥浆形成整体共同受力，大大了增加了其抗弯拉强度。
（3）进一步深入分析试验一中的三种混凝土，选用Dmxa较小的粗骨料，水泥浆体和单个集料界面的过渡层周长和厚度均较小，难以形成大的缺陷，有利于界面强度的提高，这样，即使集料的单轴抗压强度不高，级配越细的混凝土抗弯拉强度由于级配的优化得到了提升。
2.2.2 对于试验方案二：
2.2.2.1 采用高强度的粗集料配制混凝土，三种级配下混凝土的弯拉强度均比低强度粗集料配制的混凝土大，也说明了，粗集料的单轴抗压强度对混凝土的整体抗弯拉强度是有一定贡献的。
2.2.2.2 从这三种级配的粗细分析，最粗级配的级配三（31.5的通过率只有3.6%），其配制的混凝土弯拉强度反而最低，只有5.88MPa，而级配一和级配二均比其大，说明采用高强度碎石配制混凝土时，不能够盲目选择粗级配的粗集料。
2.2.2.3 但另一方面比较级配一和级配二发现，粗级配的粗集料对混凝土的整体抗弯拉强度又是有好处的（31.5通过率为4.2%的级配二，其配制的混凝土抗弯拉强度达到6.62MPa），因此说明，级配的作用比单集料强度的作用更大，即级配对混凝土强度的影响更大。从后来三种级配下的混凝土切开观察得到证实：
（1）级配一：粗集料被大部分中小集料包围，粗颗粒间难以形成有效支撑，骨架作用主要体现在中粗集料之间的嵌挤作用，但此时还是有部分粗集料与水泥浆没有共同受力。
（2）级配二：粗集料间嵌挤密实，骨架作用明显，水泥浆与集料间充分结合，共同受力。
（3）级配三：粗集料的粗颗粒较大，局部形成了离析，水泥浆分布不均，无法与较多的粗集料共同受力。
3. 结语
3.1 通过上述的试验对比，对粗集料强度、级配与路面混凝土抗弯拉强度之间的关系取得了初步性探索，综合试验结果，可得到以下结论：
（1）粗集料的强度（单轴抗压强度）对混凝土的抗弯拉强度是有一定影响的，集料的强度越高，其混凝土的抗弯拉强度能够得到一定程度的提高。
（2）能够不破坏混凝土骨架作用的级配，其抗弯拉强度较高，级配对混凝土的抗弯拉强度的影响比粗集料强度大。
（3）对于单轴抗压强度较高的粗集料来说，最大公称粒径及最大粒径含量应适当减小，从而使粗集料与水泥浆形成整体
共同受力，形成骨架作用。
3.2 通过分析粗集料的强度与颗粒级配对混凝土强度的影响，由上述的颗粒级配与碎石强度、混凝土强度关系可知：粗集料的选择应综合考虑碎石的强度与级配相结合的原则。
（1） 当碎石强度较低时，不同盲目认为粗集料中粗颗粒越多，其骨架作用越强，宜充分比较优化整个混凝土的配比组成，选择较细的颗粒级配，利于骨架的形成。
（2） 当碎石强度较高时，也同样宜选择相对较细的颗粒级配，防止其破坏混凝土整体骨架性，这样即能发挥粗集料的强度作用，又能发挥混凝土整体的骨架作用。
参考文献
[1] 余勇.水泥混凝土路面病害机理及对策研究[D].武汉：华中科技大学，2006.
[2] GBJ 97-87，水泥混凝土路面施工及验收规范.
[3] JTG F30-2003，公路水泥混凝土路面施工技术规范.
（2）通过切开试件观察，级配三的混凝土，由于粗集料中粗颗粒较少，中等颗粒较为集中，集料间排布密实，互相形成了骨架，同时集料均与水泥浆形成整体共同受力，大大了增加了其抗弯拉强度。
（3）进一步深入分析试验一中的三种混凝土，选用Dmxa较小的粗骨料，水泥浆体和单个集料界面的过渡层周长和厚度均较小，难以形成大的缺陷，有利于界面强度的提高，这样，即使集料的单轴抗压强度不高，级配越细的混凝土抗弯拉强度由于级配的优化得到了提升。
2.2.2 对于试验方案二：
2.2.2.1 采用高强度的粗集料配制混凝土，三种级配下混凝土的弯拉强度均比低强度粗集料配制的混凝土大，也说明了，粗集料的单轴抗压强度对混凝土的整体抗弯拉强度是有一定贡献的。
2.2.2.2 从这三种级配的粗细分析，最粗级配的级配三（31.5的通过率只有3.6%），其配制的混凝土弯拉强度反而最低，只有5.88MPa，而级配一和级配二均比其大，说明采用高强度碎石配制混凝土时，不能够盲目选择粗级配的粗集料。
2.2.2.3 但另一方面比较级配一和级配二发现，粗级配的粗集料对混凝土的整体抗弯拉强度又是有好处的（31.5通过率为4.2%的级配二，其配制的混凝土抗弯拉强度达到6.62MPa），因此说明，级配的作用比单集料强度的作用更大，即级配对混凝土强度的影响更大。从后来三种级配下的混凝土切开观察得到证实：
（1）级配一：粗集料被大部分中小集料包围，粗颗粒间难以形成有效支撑，骨架作用主要体现在中粗集料之间的嵌挤作用，但此时还是有部分粗集料与水泥浆没有共同受力。
（2）级配二：粗集料间嵌挤密实，骨架作用明显，水泥浆与集料间充分结合，共同受力。
（3）级配三：粗集料的粗颗粒较大，局部形成了离析，水泥浆分布不均，无法与较多的粗集料共同受力。
3. 结语
3.1 通过上述的试验对比，对粗集料强度、级配与路面混凝土抗弯拉强度之间的关系取得了初步性探索，综合试验结果，可得到以下结论：
（1）粗集料的强度（单轴抗压强度）对混凝土的抗弯拉强度是有一定影响的，集料的强度越高，其混凝土的抗弯拉强度能够得到一定程度的提高。
（2）能够不破坏混凝土骨架作用的级配，其抗弯拉强度较高，级配对混凝土的抗弯拉强度的影响比粗集料强度大。
（3）对于单轴抗压强度较高的粗集料来说，最大公称粒径及最大粒径含量应适当减小，从而使粗集料与水泥浆形成整体
共同受力，形成骨架作用。
3.2 通过分析粗集料的强度与颗粒级配对混凝土强度的影响，由上述的颗粒级配与碎石强度、混凝土强度关系可知：粗集料的选择应综合考虑碎石的强度与级配相结合的原则。
（1） 当碎石强度较低时，不同盲目认为粗集料中粗颗粒越多，其骨架作用越强，宜充分比较优化整个混凝土的配比组成，选择较细的颗粒级配，利于骨架的形成。
（2） 当碎石强度较高时，也同样宜选择相对较细的颗粒级配，防止其破坏混凝土整体骨架性，这样即能发挥粗集料的强度作用，又能发挥混凝土整体的骨架作用。
参考文献
[1] 余勇.水泥混凝土路面病害机理及对策研究[D].武汉：华中科技大学，2006.
[2] GBJ 97-87，水泥混凝土路面施工及验收规范.
强度分析 篇4
在高强度有氧运动下,肌肉会反复收缩产生大量乳酸,肌细胞内的p H降低,造成乳酸性酸中毒。当高强度运动结束后,肌肉会恢复原来的状态,同时乳酸的浓度也会降低至正常水平。人体在高强度运动结束后的短时间内,乳酸在肌肉中的浓度可达16~18 mmol/kg,这时肌肉进入疲劳状态,肌肉的强度降至最低。很多研究者根据这些现象认为“高强度运动”、“乳酸”和“肌肉强度”这三者存在着一定的关系。
乳酸是能量供应体系内的一种重要中间产物,它是血糖分解后的最终产物,同时也是代谢功能体系中的氧化基质。在运动的过程中,肌肉会产生乳酸,运动量越大,分解出的乳酸量越多。在长时间高强度运动的过程中,肌肉组织中的细胞膜的通透性会增加,同时肌肉组织可能会出现损伤,这些因素都会导致乳酸增加。乳酸代谢产物的部位主要在身体中各个肌肉部分。乳酸是一种重要的反应运动员运动能力的生化指标,对运动员肌肉强度的训练具有重要的指导作用,也是重要的评价依据。乳酸能够准确、客观、灵敏地反应运动员的运动强度、肌肉强度和体能水平,因此,将血乳酸作为评价肌肉强度的重要指标,受到了人们的重视。
由于乳酸的变化会使肌肉强度发生变化,研究高强度有氧运动下的肌肉强度变化,能够为运动员训练水平的提高和病人的康复都提供准确的依据,在体育领域和医学领域等多个领域都具有重要的现实价值和重要意义,已经成为当前医学领域中的一个热点研究课题,受到了很多学者的高度关注。
1 研究对象与方法
1.1 实验对象
在实验的过程中,在某省长跑队中选取17名健康的运动员参与实验。其中男性运行员9名,女性运动员8名,参与实验的运动员均无吸烟史和心肺疾病。在正式实验之前对参与实验的运动员进行了风险和相关注意事项的告知。运动员的基本资源如下:年龄分布范围:(23·6±2.5)岁;身高分布范围:(176.2±3.4)cm;体重分布范围:(70.6±2.5)kg;VO2max分布范围:(62.4±3.1)m L/kg/min,血红蛋白分布范围:(15.4±1.3)g/d L,红细胞分布范围(44.2±2.3)%,参与实验的运动员都有过高强度运动的经历。
1.2 实验方案设计
采用交叉对比的方法进行实验。随机选取8名运动员进行高强度有氧运动测试,剩余9名运动员进行低强度有氧运动测试。两组运动员都休息一周后,再以随机的顺序交换低强度和高强度运动的方式进行测试。在实验的过程中观察运动员的行为特征,判断运动员的疲劳程度。
心肺功能测试:运动员先休息半个小时,然后在Monark 839E功率车(瑞典)上进行5 min的热身,接着以初始负荷(75 W、60 r/min)的运动强度蹬车,强度以25 W/2min的速度递增,直至运动员感到力竭,此时测量运动员的VO2max,VO2max的判定标准主要有三项,即:①心率达到170次/min;②呼吸商≥1.2;③RPE≥18;在逐渐增加运动强度的过程中记录Sp O2和最大功率。
肌氧饱和度的测量:肌氧饱和度的测定与VO2max测定的逐级运动强度的增加同步进行。利用NIRS肌氧饱和度监测仪测量运动员的总血红蛋白(THb)、氧合血红蛋白(O2Hb)。在肌氧饱和度测量的过程中,感光探头和光源需要与大腿的肌肉保持平行,并用胶带将感光探头固定在股外侧肌肌腹中部。
乳酸的测量:采集运动员的血液样本,在0.1m L血清中加入0.2 m L蛋白沉淀剂,放置10 min后,以3 500 r/min的转速进行离心,离心时间为10min,取上层的血清,按照乳酸分离试剂盒说明书的操作步骤加入试剂、进行水浴、测试和计算。
肌肉强度的测量:利用肌肉拉伸强度检测器对参与实验的运动员的肌肉强度进行测量。肌肉拉伸强度检测器是由传感器混合相关的电子部件构成的,传感器采用的是测量位移的传感器和压力电容传感器构成,电子部件主要由多谐振荡器、极射输出单元和显示器构成,肌肉强度的测量如图1所示。
1.3 数据处理
利用双因素方差的统计方法统计实验过程中的相关数据和运动强度,运动强度的变化采用功率峰值的百分比。在后续的比较中利用Tukey检验法进行对比,高强度运动下和低强度运动下的运动员身体中的代谢指标均采用t检验,实验结果以平均数±标准差的方式表示(±SD),在实验的过程中将显著性水平设置为P<0.05。
2 实验结果与分析
2.1 运动增加过程中乳酸的变化情况
随着运动强度的逐渐增加,运动员体内的乳酸的浓度也越来越高。血液循环系统将乳酸运输到身体中的各个组织,组织中的糖原接收到此信号后进行分解,释放能量,适应有氧运动强度的增加对能量的需求的增加。同时,乳酸和丙酮酸之间的转换还可以对NAD/NADH之间的比率进行调节。
在实验中发现,在低强度运动的过程中,运动员肌肉中会产生少量的乳酸;当中等强度有氧运动时,乳酸的浓度有明显的提升;随着运动强度的逐渐增加,乳酸的生成量大于分解量,从中等强度的运动至高强度的运动中,乳酸的浓度持续升高,在高强度运动的过程中,局部肌肉内会发生缺氧现象,使肌肉组织受到损伤,这时乳酸分解量增加。在高强度运动至力竭的过程中,此时乳酸的含量达到最高值。
不同运动员运动至力竭的时间差距较大,为了方便观察运动员在有氧运动增强过程中肌肉强度的变化,将运动员的整个运动过程分成四个阶段:分别为安静阶段(0~30 min)、有氧运动强度I阶段(30~60 min)、有氧运动强度Ⅱ阶段(力竭前60 min~力竭)、恢复阶段(力竭~恢复60 min)。
分析图2可知,人体内的乳酸在运动开始后的15~20 min出现一个短时间的显著性增加(P<0.05),在运动后期运动员力竭前的10 min左右,乳酸浓度有了明显的下降(P<0.05,P<0.01)。在恢复期的时间段内,乳酸的水平明显低于安静时的水平(P<0.05,P<0.01)。
2.2 运动强度对肌肉强度的影响
随着运动强度的增加,肌肉的强度呈现出先增加后降低的趋势。肌肉强度的降低是肌肉疲劳的直接反应。肌肉疲劳的“能耗学说”认为,肌肉疲劳是由于肌肉中能量物质消耗引起的。
低强度运动的过程中,随着运动加剧,肌肉的强度会逐渐增加。在中等的运动强度时,肌肉中发生一系列的生化反应,肌肉强度继续增加;从中等强度的运动至高强度的运动中,运动员的肌肉因高强度的运动产生损伤,此时的肌肉强度达到最高值。在高强度运动过后的一段时间内,肌肉内胶原的含量提高,促进受伤的肌肉组织的胶原沉淀和新血管的生成。使肌肉的氧化防御能力得到提高,并增加了胶原的合成,提高肌肉的功能,增加肌肉的强度。在高强度运动至力竭的过程中,此时的肌肉强度会高于安静时的值而低于高强度运动时的肌肉强度值。肌肉中的原糖不能得到分解,导致运动员快速疲劳,使肌肉强度快速下降。
分析表1可知,对照组与运动组的运动员的肌肉强度在运动前的安静状态没有显著性差异(P>0.05),运动组采用高强度有氧运动的方式进行测试,对照组采用低强度有氧运动的方式进行测试。在运动开始后的30 min内,运动组的运动员相对对照组的运动员,其肌肉强度均有了大幅度的提高。运动组中的运动员在运动停止后,肌肉强度逐渐降低到安静时的水平,在恢复期的10 min内,运动组的肌肉强度明显低于对照组中运动员的肌肉强度(P<0.05),强度是肌肉在单位时间内所做的功,即功率,因此,肌肉强度的单位为W。
2.3 乳酸对肌肉强度的影响与分析
乳酸在肌肉中的代谢起到关键的作用。随着乳酸的浓度越来越高,这些乳酸会通过血液循环到达心肌,或者进入到肌肉纤维内进行氧化,则乳酸在肌肉细胞之间穿越时起到了一个传递信号的作用。同时,乳酸和丙酮酸之间的转换还可以对NAD/NADH之间的比率进行调节,以调整肌肉细胞的氧化还原状态,调整了细胞的代谢水平。
乳酸与肌肉的强度关系能够用图3进行描述。
分析图3可知,在低强度的运动过程中,乳酸的浓度主要在2 mol/L以下,乳酸能够影响肌肉中血管的扩张和儿茶酚胺的释放,提高气体交换的性能,促进脂肪和碳水化合物的分解,同时,乳酸还能进入肝脏等部位进行糖的分解。
分析图3可知,当运动员肌肉中会产生少量的乳酸,此时乳酸主要的作用是增加肌肉的血管扩张,使肌肉能够更好地促进血管的扩张,此时肌肉的强度会逐渐增加。
当运动员的肌肉强度达到60%Wmax时,乳酸的浓度大约在4 mol/L,这表明乳酸能够抑制肌肉的运动,乳酸浓度会有明显的提升,这时乳酸起到的作用是模拟缺氧的环境,并引发肌肉中一系列的生化反应,使糖原得到更充分的利用,并对脂肪的分解产生一定的抑制作用,这时的肌肉强度继续增加,乳酸的浓度也持续升高,这对于运动员的身体会起到一定的保护作用,避免运动员的肌肉因高强度的运动产生损伤,此时的肌肉强度达到最高值。分解的乳酸量增加,降低了肌肉内的p H,在这种酸性的环境下,乳酸会使受损的肌肉组织得到一定的修复,这时乳酸起到的作用是作为一种局部的信号分子,可以促进白介素的分泌;当肌肉强度超过一定值的一段时间内,乳酸可以使表皮生长因子和转化生长因子增加,并提高肌肉内胶原的含量。乳酸的量积累到一定的程度时,乳酸促进受损组织的修复与毛细血管的生成,使肌肉的氧化防御能力得到提高,并增加了胶原的合成,提高肌肉的功能,增加肌肉的强度。
当运动员的肌肉强度至力竭的过程中,乳酸主要是作为引起人体中枢神经对运动应激的感知信号的作用,在肌肉停止运动前避免发生损伤或者使运动的强度降低。
3 结论
在高强度的运动中,运动员的肌肉中会产生大量的乳酸,乳酸浓度的增加,在运动开始的时段时间内会改善肌肉的疲劳,增加肌肉的强度,这表明乳酸不仅能够改善肌肉的疲劳程度,同时可以为肌肉提供能量来源。在高强度的运动中,肌肉以乳酸作为能量的补充来源能够迅速提高肌肉补充能量的速度,更有助于增强肌肉的强度。在高强度运动至力竭的过程中,随着肌肉中能量的消耗和乳酸的堆积,肌肉的强度最终大幅度降低。
摘要：研究高强度有氧运动下运动员肌肉强度的变化情况及发生机制。有氧运动是指人体在氧气充分供应的情况下进行的体育锻炼,肌肉指身体肌肉组织和皮下脂肪组织的总称,研究高强度有氧运动下的肌肉强度变化十分重要。采用交叉对比的方法对17名长跑运动员进行高强度有氧运动下的实验。采集运动员的血液测量乳酸含量,利用肌肉拉伸强度检测器测量运动员的肌肉强度变化情况。实验结果表明,在高强度有氧运动的初期,运动员体内的乳酸含量逐渐升高,同时运动员的肌肉强度也有了显著提高(P<0.5);在高强度有氧运动的后期至力竭后的恢复期,乳酸的含量逐渐增高,运动员的肌肉强度先是到达最高值,然后逐渐降低,最后低于安静状态时的水平(P<0.1),差异显著;说明乳酸在高强度运动中对于肌肉强度的变化起到决定性的作用,同时乳酸积累也是导致肌肉强度下降的主要因素。
关键词：有氧运动,肌肉强度,乳酸
参考文献
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强度分析 篇5
采用有限元直接计算方法,对5800DWT散货船克令吊下方的横舱壁结构进行了计算分析,并对平面加筋板型横舱壁和设有吊机基座支撑柱型横舱壁两种不同结构形式的.结构强度进行了比较研究.结果表明,采用后者的结构形式,能有效地避免克令吊作业时所产生的应力集中,更好地承受和传递载荷.
作 者：王红旭 吴卫国 Wang Hongxu Wu Weiguo 作者单位：王红旭,Wang Hongxu(武汉理工大学交通学院,武汉,430063)
吴卫国,Wu Weiguo(武汉理工大学交通学院,武汉,430063;高速船舶工程教育部重点实验室,武汉,430063)
强度分析 篇6
【关键词】半刚性基层；强度机理；影响因素
路面结构中，路面基层是直接位于面层下的结构，起承重、扩散荷载应力等作用。因此，要求基层具有一定的整体性、强度、刚度和水稳定性。随着高等级公路的发展，半刚性基层得到愈来愈广泛的应用，已成为高等级道路路面基层的主导形式。
1 半刚性基层类型
根据稳定材料的不同有水泥稳定类、石灰粉煤灰稳定类、水泥粉煤灰稳定类、石灰水泥粉煤灰综合稳定类等类型。
2 半刚性基层强度形成机理分析
2.1 水泥稳定类强度形成机理分析
水泥属于水硬性胶结料，通过水泥稳定的材料，能够较好的改善其物理力学性质，适应各种不同的气候条件与水文地质条件。特点是具有良好的整体性、足够的力学强度、水稳性和耐冻性、初期强度增长很快，使用范围很广，是目前我国常见的基层类型。
在水泥稳定基层材料的过程中，水泥和被稳定材料之间发生了多种复杂作用，使被稳定材料的性能发生明显的变化。这些作用可以概括为：化学作用：如水泥颗粒的水化、硬化作用及水泥水化产物与粘土矿物之间的化学作用；物理化学作用：如粘土颗粒与水泥及水泥水化产物之间的吸附作用，微粒的凝聚作用，水及水化产物的扩散、渗透作用，水化产物的溶解、结晶作用；物理力学作用：如土块的机械粉碎作用，混合料的拌和、压实作用。
2.2 石灰粉煤灰稳定类强度形成机理分析
石灰粉煤灰基层是目前我国修筑高等级公路的主要结构层，二灰稳定类材料基层常采用以粉煤灰与石灰为主，掺入不同比例的土或粒料的混合方式。由于土粒中的有效成分很有限，与石灰作用形成的结构强度与二灰之间形成的强度相比非常低；另一方面二灰中的粒料所起的作用主要集中在形成骨架、提高材料内摩阻力方面，并不会在石灰或粉煤灰之间产生质变的化学作用，而化学作用恰恰是基层材料形成结构强度的最根本原因。二灰与被加固材料之间形成结构强度过程中一般大致经历石灰的重结晶作用、离子吸附与交换作用、碳酸化作用、火山灰作用四个作用过程。
2.3 水泥粉煤灰稳定类强度形成机理分析
掺加粉煤灰的水泥稳定碎石材料是由水泥、粉煤灰、集料和水等多种固体结构元孔结构元和水分等组成的非均质体系。这种混合料的强度形成机理大致可以由水泥水化强度反应和水泥粉煤灰水化后的类火山灰反应两方面解释。混合料加水后，随着时间的延长，即龄期的增长，材料体系逐渐发生变化，混合料的宏观物理性能如强度、抗收缩性和抗疲劳性等，均随之变化。从微观角度看，水泥粉煤灰稳定碎石的强度形成过程，是一个水化产物由无定形凝胶向低结晶度、最终到高结晶度的发展过程。
水泥粉煤灰基层混合料中的粉煤灰含有大量的活性SiO2和A12O3，能与水泥水化产物中的Ca(0H)2发生类似于火山灰反应的二次水化反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，同时促进水泥进一步水化，改善界面粘结性能，使混合料孔隙变小，结构更加紧密，提高了混合料的后期强度，增强混合料的抗破坏能力。
2.4 石灰水泥粉煤灰综合稳定类强度形成机理分析
从理论上讲，采用三灰稳定基层材料可以较好的满足基层力学性能及路用性能的要求，同时，因为掺加了一定量的水泥，解决白灰粉煤灰稳定类基层早期强度较低的问题，能够满足早期强度的要求，综合考虑水泥强度形成快、早期强度高，粉煤灰强度形成持久、后期强度形成有潜力的特点，通过两种无机结合料性能互补，综合提高半刚性基层材料的整体性能，这是目前我国改善路面基层性能的一个常用措施。
3 半刚性基层性能
半刚性基层作为道路的主要承载结构和荷载传递结构，要求有良好的路用性能和力学性能以满足路用性能的需要。
3.1 强度
基层必须能承受车轮荷载的反复作用，即在预定设计标准轴次反复作用下，基层不会产生过多的残余形变，更不会产生剪切破坏(无结合料的粒料基层)或疲劳弯拉破坏(用各种结合料处治的基层)。基层要满足上述技术要求，除必需的厚度外，主要取决于基层材料本身的强度。该强度主要包括两个方面：一是石料颗粒本身的硬度或强度，可用集料压碎值或集料磨耗值表示，另外也可用岩石的抗压强度表示；另一方面是材料整体(混合料)的强度或刚度，如回弹模量、承载比、抗压强度、抗剪切强度、抗弯拉强度或间接抗拉强度(劈裂强度)等。
3.2 刚度
在整个路面结构中，基层的刚度(回弹模量)也是整个道路质量的关键。基层只有在具备一定的刚度条件下，才能有效克服由于车辆反复行驶所造成的累计变形，从而避免道路整体服务水平的下降。但如果面层和基层的刚度差别过大，将导致面层于拉应力或拉应变过大而开裂破坏。
3.3 抗冲刷能力
在通常情况下，表面水会通过多种途径进入路面结构层，如果进入的水不及时排出，而是停留在面层与基层的交界面上，就会使得基层局部潮湿甚至接近饱和。因此冲刷唧泥现象是一些高等级公路沥青路面早期损坏的常见现象之一。
3.4 收缩性
对于高等级公路由于要考虑抗开裂性能，故要求基层材料收缩性要小。通常半刚性材料的收缩包括两个方面，一是由于材料内部水分减少而产生的干缩现象，二是由于环境温度降低而产生的温度收缩现象。
3.5 良好的耐疲劳性能
对于重交通道路、一级公路和高速公路，基层材料还应该有良好的抗疲劳破坏能力。半刚性材料由于具有较高的强度与刚度，其抗疲劳破坏能力的高低就成为基层在长期使用过程中抗破坏能力的关键所在。
4 影响半刚性基层主要性能特点的因素
半刚性混合料必须具有足够的整体稳定性、强度及水温稳定性、冰冻稳定性等，而这些都与它们的压实度有直接的关系。因此，要有效地控制压实的质量，就需要解决最大干密度的确定、现场干密度的测定和压实标准的取值。
4.1 人为因素
在检测工作中人为加重了所采集到的材料的质量或者减少了试坑里沙的量，使现场的干密度轻易接近理论的最大干密度；或者是采集点经过多次辗压，使得检测结果明显大于100%。
4.2 用于施工现场的混合料拌合不均匀
因为用于击实的混合料配比是比较严格按照涉及配比进行的。这就有了偏离，与实际的压实度偏大偏小都有可能。
4.3 击实试验本身存在的问题
击实试验在室内通过施加冲击荷载对被压料进行压实，与现场静力压路机的作用过程虽不尽相同，但都是通过对材料产生剪应力使之压实的。在试验室用击实试验模拟现场的振动压实，测量确定的最大干密度和最佳含水量不一定就是材料在现有压实器械下所能达到的最大干密度和所需的最佳含水量。击实力的影响某一种材料的最佳含水量和最大干密度是随击实功而变化的，击实功愈大，材料的干密度愈大而土的最佳含水量愈小。对于同一种材料而言，击实功增加时，其最佳含水量减小，而最大干密度增大。随着压路机重量的增加，材料的最佳含水量要降低，而最大干密度要增加。
4.4 含水量对压实度的影响
在压实过程中各种材料的含水量对所能达到的密实度有着直接影响，材料的含水量过大则降低其现场所测的干密度。在实际施工中必须控制材料的含水量达到或接近材料的最佳含水量的±2%之內才能达到较高的压实度。混合料的压实度不是检测基层压实质量的唯一指标，在施工中要从控制材料含水量开始进行控制。
5 结束语
本文主要从不同稳定材料的半刚性基层强度形成机理出发，阐述了半刚性基层的性能指标及路用特点以及施工中影响半刚性基层材料主要特点的因素，为施工中的质量控制提供了依据。
参考文献
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车架静强度分析 篇7
关键词：车架,有限元法,强度
在车身骨架的有限元分析中,被广泛应用的梁单元算法存在三个问题:其一,杆的连接被处理成一个节点使应力集中现象无法描述;其二,忽略连接处的几何形状使复杂梁的截面特性无法确定;其三,计算精度只能满足一般估算要求。
板单元用来模拟板件受垂直、平行于板平面的载荷产生弯曲的情况。但实际情况下车架的纵梁和横梁等结构除了承受以上力外,还存在扭转状况,所以使用板单元也不能有效地模拟车架实际工况中的变形。
实体单元是一种最能表达实际零件信息的单元。因为实体单元不但可以表达零件的质量、惯性、材料等特性,而且实体单元可以从空间的角度来真实地逼近实体几何形状,尤其是基于几何的有限元模型,几乎能反映全部的几何变化[1,2]。
1数据储备
1.1汽车的工作工况
1.1.1满载弯曲工况
弯曲分析工况模拟满载状况下,四轮着地时汽车在良好路面上匀速直线行驶的状态。通过有限元计算模拟弯曲工况时,车架承受的质量和载荷要乘以一定的动载荷系数,方向竖直向下,以模拟汽车在良好路面上匀速直线行驶。
1.1.2弯扭工况
由于路面不平度的作用,汽车在行驶过程中将受到扭转载荷的作用,对汽车产生非对称支撑,从而使车架受到扭矩的作用。实践表明:车架遭受最剧烈的扭转工况,一般都是在载货车低速通过崎岖不平路面时发生的。此种扭转工况下的动载,在时间上变化得很缓慢,所以惯性载荷很小,载荷和质量要乘以一定的动载荷系数,车架的扭转特性可以近似地看作是静态的。
1.2载荷
车架载荷的处理和施加如表1所示。
1.3材料参数
此车架的材料为B510,弹性模量为2.1×1011Pa,泊松比为0.3,密度7 850 kg/m3。抗拉强度510—610 MPa,屈服强度为355 MPa。
2车架的有限元计算
2.1车架三维图的简化
用UG软件对车架进行三维建模,在对车架进行网格划分之前,需要对车架进行简化。结构简化以力学特性为前提,既力求每个单元与实际结构之间几何类型一致,又要力求与单元传递的运动力学性质一致。简化的原则为在充分反应实际的情况下,对车架模型进行简化。车架中的一些小尺寸结构,比如孔,圆角等对车架结构影响很小的因素可以简化处理。如图1所示。
2.2 车架的网格划分
使用ABAQUS软件对车架进行有限元分析,车架的发动机和变速器的支撑横梁使用的是四面体网格划分,设置全局种子数为5。车架其余横梁和纵梁也是使用四面体的网格划分,设置全局种子数为20[3]。车架总共网格数为73万。
2.3 边界条件与载荷
2.3.1 满载弯曲工况边界条件与载荷
边界条件的施加:约束前后轮的垂直方向的自由度。
载荷的施加:发动机、变速箱、驾驶室及驾驶员以集中力的形式加载在相应的节点上;货物及货箱以均布力的形式在加载车架纵梁的相应位置上[4]。
2.3.2 满载弯扭工况边界条件与载荷
边界条件:给左(右)前轮施加一定的位移,约束右(左)前轮和后轮的垂直方向的自由度。
载荷的施加:发动机、变速箱、驾驶室及驾驶员的力为集中力,分别施加在各自与车架的固定处,货物及货箱为均布力,分别施加在车厢与大梁的接触面上[4]。
2.4 横梁与纵梁的连接
原车架的横梁与纵梁的连接为先铆接然后对其边进行焊接,因此强度非常高。在用ABAQUS进行计算时,使用tie连接命令来模拟实际中的连接[3]。
2.5 钢板弹簧的处理
车架是通过悬架系统、车桥和车轮支承在地面上。悬架系统的作用就是把作用在车轮上的各种垂直反力、纵向反力、侧向反力以及这些力形成的力矩传递到车架上,从而满足汽车正常行驶条件。本车悬架系统为钢板弹簧式结构,我们在计算中对钢板弹簧做了如下的处理:
钢板弹簧的各个弹簧片之间采用TIE接触;
主簧与主簧支架间实际连接分为轴销连接和LINK连接。在轴销连接中,允许主簧在受力后连接处发生转动,可以将一部分力发散出去。在ABAQUS模拟中,我们以ABAQUS单元库中的CONNECTOR单元中HINGE单元来进行模拟二者之间的连接关系,描述这种运动副,如图2所示;我们在主簧与右边的主簧支架之间建立Link类型的Connector单元,来模拟二者之间的连接关系,如图3所示。
副簧与副簧之间设置接触。其中副簧支架为主面而副簧为从面,表征二者之间接触性质的摩擦参数设为0.2。主副簧和垫块之间设置为TIE接触。
前后钢板弹簧的整体连接,如图4、图5所示[5]。
2.6 强度校核标准
金属材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。我们根据材料力学的第四强度理论选择应力强度评价。应力可以表示为
σ1,σ2,σ3为第一、第二和第三主应力,σs为屈服强度。当σ≤σs时,说明材料的强度符合要求[1]。
2.7 模拟计算
2.7.1 弯曲工况计算结果
由图6、图7、图8的有限元分析结果可知,车在满载四轮着地的工况下,车架的最大应力发生在钢板弹簧上且最大应力为300 MPa。在后钢板弹簧的支座和车架的连接处也出现了较大应力,应力值为230 MPa,这些应力都小于车架的屈服极限355 MPa。因此车架的强度在安全范围内。
2.7.2 弯扭工况计算结果
在满载状况下,左右前轮分别受到向上和向下15 mm的位移。由图9、图10、图11的有限元分析结果可知,车架受到的最大应力为330 MPa,小于车架的屈服极限355 MPa, 但已经很接近屈服极限。最大的应力发生在第六根横梁和纵梁的连接点和后钢板弹簧支座与大梁的连接处。
3 结论
由计算结果分析可知:
1)通过对车架的强度进行静态分析,可以得出车架及其零部件的应力和应变,通过应力值,可以了解到车架的整体受力,并且容易找到薄弱环节。从而为车架的设计和改进提供了可靠的理论依据。
2)从分析中可以看出,在扭转时,车架的应力和变形量最大。因此,驾驶员要尽量避免这种工况的出现,以防车架断裂或变形。
参考文献
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高强度螺栓断裂分析 篇8
某风场风机塔筒连接用高强度螺栓在服役了约2a后发生了断裂, 该螺栓规格为M36×170 mm, 性能等级为10.9 级, 材质为B7 (与国内42Cr Mo材质接近) , 表面达克罗处理。为了进一步查找原因, 对部分螺栓进行分析。
1 理化检验
1.1 宏观观察
笔者共取回5 支螺栓, 其中4 支未断, 1 支螺栓断裂, 失效螺栓的断裂部位位于螺栓头杆连接处, 如图1 所示。
该批螺栓在杆部一侧有明显的擦碰伤, 部分螺栓表面涂层已经磨损掉并显出基体金属, 部分螺栓已有锈迹, 如图1 所示。擦碰出为上下塔筒法兰连接位置, 螺栓上的擦痕呈三角形状, 结合螺栓实际安装情况可以判断该擦碰伤是螺栓与塔筒法兰内孔之间碰擦产生。
1.2 断口扫描
对失效螺栓进行目视检查, 其断口周围没有明显的塑性变形, 断面比较平整。图2 中A区域断口比较细腻光亮, 部分区域有锈蚀和磨蹭的痕迹, 且越靠近B区域方向海滩状花样越明显;图2中B区域有明显的锈蚀痕迹, 仔细观察仍可见海滩状花样;图2 中C区域断口比较新鲜, 没有腐蚀痕迹, 呈现金属本色, 断口比较粗糙, 该区域断口的面积约占整个断面面积的1/3。
截取断口进行超声波清洗后置于扫描电镜中观察, A区域边缘比较平滑细腻, 微观形貌有明显的磨损痕迹, 隐约有向内部扩展的贝纹线, 该位置为裂纹源区[1]。B区域的主要微观形貌是疲劳辉纹和少量二次裂纹, 如图3 (a) 所示, 该区域疲劳辉纹比较细密, 说明服役时该螺栓受到的应力振幅较小, 在不断的小应力振幅下裂纹一点点不断扩展, 该区域是裂纹扩展区域[2,3]。C区域的主要微观形貌是等轴韧窝和剪切韧窝, 如图3 (b) 和图3 (c) 所示, 该区域是瞬断区。
1.3 金相检查
将取回的断裂螺栓和未断裂螺栓分别制取金相试样, 使用5%的硝酸酒精腐蚀后观察其显微组织。断裂螺栓和未断裂螺栓的组织均为均匀的回火索氏体组织, 如图4 所示。断裂螺栓和未断裂螺栓非金属夹杂情况主要是D类球状氧化物夹杂 (细系) 1.5 级, A类硫化物夹杂 (细系) 1 级, 在螺栓的表面和心部检查, 非金属夹杂没有明显的区别。螺栓碳势正常, 在表面有轻微的半脱碳。将断裂螺栓头部纵剖开, 腐蚀后低倍下观察, 其头部流线连续流畅且延头部外形分布, 如图5 所示。
在断裂螺栓杆部断口附近发现在断面附近有细长的裂纹, 如图6 所示。该位置距离断口较近裂纹延垂直螺栓杆部向内延伸, 裂纹细长且笔直, 边缘没有明显的脱碳和氧化迹象, 且穿过表面涂层, 可排除淬火裂纹的可能[4], 该裂纹为螺栓服役期间产生的微裂纹。
1.4 力学性能试验
对断裂螺栓进行表面、芯部硬度试验, 试验结果符合标准要求, 如表1 所示。
对未断裂螺栓进行楔负载、硬度、冲击等力学性能试验, 其测试的指标均符合标准要求, 如表2 所示。
1.5 化学成分分析
采用THERMO ARL3460 OES直读光谱仪对断裂螺栓进行化学成分分析, 试验结果标准要求, 如表3 所示。
%
2 综合分析
螺栓样品的化学成分、力学性能检测均符合相关标准的要求, 螺栓的非金属夹杂物、头部流线、显微组织等方面的检查也未发现异常。
螺栓的断裂发生在头杆连接处, 断口上分布着大量海滩状花样, 微观形貌上可见大量疲劳辉纹呈典型疲劳断裂特征[7]。螺栓疲劳断裂时一种损伤累积, 是螺栓受到多次循环应力作用的结果, 疲劳断裂起源于应力集中明显部位[8]。该断裂螺栓疲劳源区位于头下圆角位置, 为应力集中区, 螺栓在受到外力的脉动作用后在头下圆角区域首先产生微裂纹, 形成疲劳源。金相检查时, 在断裂位置附近也发现尚未扩展的微裂纹, 也印证了该点。螺栓在服役过程中风力和风叶转动产生的循环冲击载荷作用, 使得微裂纹不断扩展直至断裂[9]。
3 结论和建议
1) 螺栓断裂形式为疲劳断裂。
2) 在该批螺栓中发现光杆部位均存在局部磨损、腐蚀现象, 对比实际的安装情况判断应为螺栓安装的问题导致螺栓杆部与塔筒法兰孔碰擦所致。不良的装配从一方面使得螺栓头杆连接处承受附加弯曲应力[10], 另一方面也影响了风机套筒整体紧固的可靠性, 使得螺栓的松动更容易发生[11], 造成塔筒螺栓预紧力不良的问题[12], 建议相关部门规范施工, 风机运行后加强巡查。
参考文献
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油缸螺纹导向套强度分析 篇9
1.1 问题描述
在液压支架中, 千斤顶导向套与缸筒连接处普遍采用螺纹连接结构, 该千斤顶缸径为250mm, 杆径为160mm。千斤顶在井下使用过程中, 导向套螺纹处损坏, 造成支架不能正常动作, 影响井下正常作业, 需对螺纹连接强度进行校核。
1.2 分析思路
以导向套螺纹和缸筒螺纹为研究对象, 应用二维理论计算分别计算出缸筒、导向套螺纹处设计的抗弯、抗剪切、抗压安全系数;应用三维有限元分析对二维计算进行相互验证, 在此基础上计算出使导向套损坏的临界载荷。
因实际中螺纹发生断裂, 故强度校核中以材料的抗拉强度为计算安全系数的标准[1]。
2 故障分析过程
2.1 导向套尺寸示意及相关数据
依据设计, 导向套螺纹内径d1=264.6mm, 螺纹中径d2=267.1mm, 螺纹大径d3=269.6mm螺纹有效长度50mm, 螺纹螺距p=8mm, 相旋和螺纹圈数为z=6。
依据设计, 筒螺纹内径d1=265mm, 螺纹中径d2=267.5mm, 螺纹大径d3=270mm, 螺纹有效长度56mm, 螺纹螺距p=8mm, 相旋和螺纹圈数为z=6。
设计中, 缸筒采用30Cr Mn Si, 屈服强度, 抗拉强度, 在螺纹强度校核中各许用应力按如下关系选取:
设计中, 导向套所受轴向力F=1178kn (p=40.7MPa) 。
2.2 二维理论强度校核
2.2.1 螺纹副抗挤压计算
把螺纹牙展开后相当于一根悬臂梁 (如下图1所示) , 抗挤压是指公、母螺纹之间的挤压应力不应超过许用挤压应力, 否则便会发生挤压破坏[2]。设轴向力为F, 相旋合螺纹圈数为z, 则验算公式为:
式中, σp为挤压应力, 单位MPa;[σp]为材料许用挤压应力, 单位Mpa。
2.2.1. 1 导向套螺纹抗挤压校核
根据设计数据, 可求得:
设计安全系数:N=1080/93.64=11.53。
2.2.1. 2 缸筒螺纹抗挤压校核
县市完成任务情况以及分幅图完成具体情
设计安全系数:N=1100/93.48=11.76。
2.2.2 抗剪切强度校核
把螺纹牙展开后相当于一根悬臂梁, 抗剪切螺纹验算公式为:
式中, τ为剪切应力, 单位MPa;[τ]为材料许用剪切应力, 单位MPa;F为轴向力, 单位kn。
2.2.2. 1 导向套螺纹抗剪切校核
根据设计数据, 可求得:
设计安全系数:N=0.6*1080/59.77=10.84。
2.2.2. 2 缸筒螺纹抗剪切校核
根据设计数据, 可求得:
设计安全系数:N=0.6*1100/58.98=11.19。
2.2.3 抗弯曲强度校核
把螺纹牙展开后相当于一根悬臂梁, 抗弯曲螺纹验算公式为:
式中, σb为弯曲应力, 单位MPa;[σb]为材料许用弯曲应力, 单位Mpa。
2.2.3. 1 导向套螺纹抗弯曲校核
根据设计数据, 可求得:
设计安全系数:N=1080/108.71=9.93。
2.2.3. 2 缸筒螺纹抗弯曲校核
根据设计数据, 可求得:
设计安全系数:N=1100/108.55=10.13。
2.2.4 小结
2.3 三维有限元分析
2.3.1 模型简化
本分析针对导向套和缸筒的螺纹, 模型简化如下图所示。
2.3.2 载荷及边界条件
首先施加平衡千斤顶设计的工作拉力1178Kn, 根据分析的结果判断可能的临界载荷, 再施加临界载荷进行有限元分析, 载荷与边界条件施加如图3所示。
2.3.3 分析结果
从分析的结果来看, 导向套螺纹设计安全系数大约为3.5左右, 缸筒螺纹设计安全系数大约为3.56。因此导致导向套螺纹损坏的临界力大约为4123Kn, 导致缸筒螺纹损坏的临界力大约为4193Kn。
3 结论
3.1
通过二维和三维分析比较, 发现二维理论计算中把螺纹展开当成悬臂梁, 按照材料力学进行强度校核, 力学模型的假设存在一定的问题 (因螺纹展开的螺纹截面和工作高度不满足材料力学横截面远小于杆长的假定) , 所以计算的结果存在一定程度的误差。二维理论计算中, 假定在相旋和螺纹圈上载荷平均分布, 而实际中载荷在各圈上并不是平均分布, 导致其计算的安全系数偏大。对三维有限元分析的结果进行观察, 发现一般情况下, 第一圈在总载荷中所占比例因螺纹相旋和圈数不同而发生变化, 导向套螺纹第一圈 (总共6圈) 约占总载荷的30—40%, 而活塞杆螺纹第一圈 (总共18圈) 占总载荷的10%—15%。
3.2
设计额定工作拉力1178Kn (40.7MPa) 作用下, 导向套螺纹处设计的安全系数为3.5, 导向套螺纹损坏的临界力为4123Kn;缸筒螺纹处设计的安全系数大约为3.56, 导致缸筒螺纹损坏的临界力大约为4193Kn;两螺纹处计算应力基本一致, 安全系数不同主要是因为缸筒和导向套材质不同 (30Cr Mn Si与42Cr Mo) 。
3.3
设计额定工作拉力1178Kn (40.7MPa) 作用下, 如不考虑下腔存在的压强, 活塞杆螺纹处的安全系数为2.6, 即当下腔没有压力时, 活塞杆螺纹处将比导向套处螺纹先损坏。如下腔应力达到30.52MPa以上, 导向套螺纹处将比活塞杆处螺纹先损坏。
参考文献
[1]成大先.机械设计手册[M].北京:化学工业出版社, 1993.
LMU结构的强度分析 篇10
浮托法目前被广泛使用来替代传统方法。其中桩腿对接耦合装置 (LMU) 在浮托法中起到承上启下的作用, 用来连接上部组块与导管架。本文将对LMU结构的强度进行分析。
1 模型简化
图1是LMU的结构图, 该结构可以分成LMU连接座和LMU弹性芯两部分, LMU弹性芯是图1 (a) 中矩形框中的部分, 矩形框外的部分是LMU连接座。弹性芯和连接座之间是通过橡胶件接触和钢-钢接触耦合在一起的。本文采用简化模型对LMU的结构进行受力分析。图1 (b) 是简化后的力学模型, 该模型将弹性芯和连接座的相互作用进行力边界或约束边界处理, 使得耦合问题分成弹性芯结构和连接座结构两个独立部分进行计算。
2 计算工况
针对LMU的工作特点, 要求LMU结构能同时承受水平载荷500吨、垂向载荷596吨的浮拖安装工况。在要求的工况下, 弹性芯和连接座结构中的应力分布可以用图1 (b) 的简化力学模型计算得到。
3 LMU结构受力分析
3.1 弹性芯的受力分析
在水平载荷500吨、垂向载荷为596吨的情况下弹性芯的受力情况见图2所示, 最大应力为366MPa, 最大应力位置见图2中的标注。LMU结构所用钢材是Q355, 该材料的许用应力为284MPa。最大应力大于许用应力, 该工况下结构是不安全, 需加强。
3.2 对弹性芯结构的强化设计
由图2可知, 横向载荷500吨及垂向载荷596吨的情况下, 弹性芯上的最大应力为366 MPa, 应力最大点的位于直径为465mm圆筒的外表面, 需对圆筒进行加强。
原圆筒的壁厚为60mm, 加强后的圆筒的外径仍然为465mm, 内径由345 mm改为285mm。即壁厚由60mm增加为90mm。加强后的弹性芯结构应力分布如图3所示。
由图3可知, 水平载荷为500吨的工况下, 加强后弹性芯承受的最大应力为284MPa, 等于许用应力, 满足使用要求。
3.3 连接座的受力分析
在横向载荷500吨及垂向载荷596吨的情况下, 连接座的应力分布情况见图4所示。最大应力为190MPa, 最大应力小于许用应力284MPa, 结构是安全的。
4 结论
通过对LMU结构的强度分析, 原设计的LMU结构在596吨垂向载荷和500吨水平载荷作用下, 连接座承受的最大应力为190MPa, 小于许用应力, 是安全的。
弹性芯承受的最大应力为366MPa, 大于许用应力, 需加强。加强后弹性芯承受的最大应力为284MPa, 等于许用应力, 满足使用要求。
摘要：高速铁路的无砟轨道主要是以钢筋混凝土与沥青混凝土的整体式道床来取代散粒体的道砟轨道结构。这与砟轨道相比较, 稳定性、安全性、连续性、平顺性更加显著, 大大减小了轨道的维修难度, 使设施的维修工程大大减小, 节省工程投资。在无砟轨道的应用过程中, 要确保轨道的可靠性, 还需要通过CPII控制网测量技术, 来对轨道进行有效的控制与测量, 确保高速铁路的行车安全, 使控制网更加的精准。
强度分析 篇11
摘 要：通过ANSYS Workbench16.0软件对对eSYNC support Grid设备进行设备建模，确定设备的固有频率。文章对设备进行静力强度分析，确定设备最大等效应力。根据设备的固有频率的计算结果，确定x、y、z三个方向的地震加速度，通过计算确定设备各部位的受力情，对support Grid设备进行抗震性能校核。
关键词：ANSYS；抗震分析；eSYNC support Grid
中图分类号：TU323.5 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）33-0214-03
1 概 述
近年来，随着国内经济的快速发展，冶金、石化、航天和化工等工业领域配套使用的大型设备得到迅速而广泛的应用。与大型设备配套的支撑格栅也区域大型化。支撑格栅设备在工程应用中必须有足够的强度，否则不能保证安全运行。
在实际工况中，支撑格栅经常会遇到地震载荷，为避免支撑格栅因地震载荷收到破坏，必须对其在地震作用下的强度进行校核。
通过运用有限元分析软件ANSYS Workbench16.0对支撑栅格进行设备建模，模拟设备在地震作用下的受力情况，能直观的反应设备能否在地震载荷下设备结构能否保持完整性[1-3]。
2 有限元分析的模型与方法
2.1 模型简化说明
实际eSYNC support Grid设备三维模型含有较多的螺钉连接部位，为顺利进行有限元建模，需对模型进行简化，本次分析按照如下原则进行简化：
①将eSYNC设备模块简化为质点，质点位于实际模块的质心位置，并与eSYNC模块与主体模块连接的位置关联起来，单个eSYNC质量为2 113.5 kg；
②在eSYNC support Grid设备里面的Starline bus简化为质点，单个Starline bus质量为21.8 kg，位置安放原则同上。
③调整79”控制面板（单组质量为9 kg）和70”控制面板（单组质量为7 kg）实体模型的输入密度，使其与实际质量吻合，并对塑料面板进行了抽取中面按照壳单元模拟。
④简化完成后，整个分析模型的质量为395.7 kg。
2.2 网格划分
本次分析对结构主体主要使用混合网格（包括四面体单元、六面体单元、四边形单元）（线性单元的缩减积分模式）进行网格划分，单体网格尺寸设置为30 mm，对79”控制面板和70” 控制面板的网格尺寸设置为50 mm。共生成444284个单元，约20万个节点。网格划分结果，如图1所示，ANSYS谱分析输入的频率与加速度曲线，如图2所示。
2.3 载荷及约束
①约束吊起设备的4根钢筋顶部；
②静力分析，载荷只考虑重力加速度g=9.8 m/s2；
③预应力模态分析调用静力分析的结果进行分析，不需要额外添加约束；
④反应谱分析中加速度施加方向按照模型整体坐标系下
的三个方向进行，地震谱数据数据见表1[4]。
⑤实验所用设备材料为普通碳钢，弹性模量为Pa，泊松比0.3，密度7 850 kg/m3，屈服强度220 MPa。
3 计算结果
对实验对象先进行静力分析，然后进行预应力模态分析，最后根据模态分析结果分别按照X/Y/Z三个坐标系加速度谱方向进行响应谱分析，谱值输入按照图4输入，放大系数为1.5
3.1 静力分析
设备的等效应力云图，如图3所示。
从图中可以看出，最大等效应力为9.19 MPa，设备的最大等效应力远小于结构对应材料的屈服强度。
3.2 模态分析
前30阶模态振型频率，见表2。
本次模态分析一共提取了前30阶模态频率，以保证后续反应谱分析中能覆盖所有的激励频率范围。
3.3 加速度激励沿X轴方向
加速度激励沿X轴方向时设备的等效应力云图，如图4所示。从图4可以看出，当加速度激励沿X轴方向时，最大等效应力为1 686 MPa。此时悬挂的四根钢筋的等效应力值大面积超过了对应材料（普通碳钢）的屈服强度220 MPa，由于钢筋屈服区域较大，实际地震发生时，可能会引起钢筋的断裂。
3.4 加速度激励沿Y轴方向
加速度激励沿Y轴方向时设备的等效应力云图，如图5所示。从图5可以看出，当加速度激励沿Y轴方向时，最大等效应力为6.64 MPa。设备各部位的等效应力值均小于对应材料的屈服强度值，均满足材料的使用要求
3.5 加速度激励沿Z轴方向
加速度激励沿Z轴方向时设备的等效应力云图，如图6所示。
从图6可以看出，当加速度激励沿Z轴方向时，最大等效应
力为1 295.5 MPa。钢筋屈服区域较大，实际地震发生时，可能会引起钢筋的断裂。
4 结 语
①静力强度分析显示，设备设备的最大等效应力为
9.19 MPa，远小于结构对应材料的屈服强度；
②当激励方向为X轴时，悬挂的四根钢筋的等效应力值大面积超过了对应材料（普通碳钢）的屈服强度220 MPa，由于钢筋屈服区域较大，实际地震发生时，可能会引起钢筋的断裂；
③当激励方向为Y轴时，设备各部位的等效应力值均小于对应材料的屈服强度值，均满足材料的使用要求；
④当激励方向为Z轴时，同X轴结果相似，钢筋屈服区域较大，实际地震发生时，可能会引起钢筋的断裂。
参考文献：
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绞车滚筒的结构强度分析 篇12
关键词：滚筒,结构强度,有限元法
滚筒是绞车的重要承载部件,它的强度对绞车乃至整个钻机的安全可靠性至关重要。由于其采用钢丝绳多层缠绕,滚筒受力情况比较复杂。目前常用的计算方法是计算其挤压应力,并将绳槽简化为光筒结构,但这种方法计算比较粗略。实际上滚筒的内应力是由挤压应力和弯扭合成应力共同作用形成。本文运用有限元法对滚筒进行分析,综合分析绳槽、离心力、侧板挤压力等常规计算难以计算的因素,旨在更好的把握滚筒工作时的应力分布规律和危险状况,为改进设计提供参考。
1 滚筒有限元模型的建立
1.1 模型简化
建立滚筒模型并划分网格如图1所示。滚筒的外径与内径之比d1/d2=770/640=1.203≥1.2,属于厚壁圆筒结构,在对滚筒的有限元分析中,采用三维块单元来处理。在模型简化时将滚筒做如下假设:
(1)滚筒厚壁筒服从虎克定律,材料均质且各向同性。
(2)把绕在滚筒上的螺旋绳圈处理为绳环。
(3)同一绳圈中的张力为常数,压力均匀分布在滚筒容绳宽度上,略去钢丝绳与筒体之间的摩擦。
(4)钢丝绳对端侧板的轴向推力视为均布载荷。
利用滚筒结构的对称性,在建立模型时,简化模型取用二分之一结构,这样既节省了二分之一的计算资源又能够真实的反映了实际情况。
2 计算过程
滚筒的壁厚承受着如下应力:由快绳拉力P对滚筒体造成的载荷有弯距M弯、扭距M扭、钢绳对筒壁的径向压力Pi以及钢绳对侧板的轴向压力Ni。在较短的滚筒中,弯曲应力可以不予考虑[1]。而径向压力Pi在筒壁产生的压缩应力很大,是核算强度的侧重点。对于多层缠绕的绞车,侧板的受力分析也很必要。另外,高速转动时产生的离心力对滚筒部件的影响程度未知,也不可忽略。
2.1 载荷计算
2.1.1 筒壁载荷的计算
在强度分析过程中,滚筒快绳拉力P由最大钩载Qmax决定。
式中:S为半环宽度,δ为筒体壁厚,Pmax为最大快绳拉力,Pmax=487KN。
P1为第一层钢绳对筒壁的径向压力将滚筒尺寸参数代入式(1)得到:p1=20.74746MPa。
式中:A为滚筒钢绳多层缠绕系数(见表1)
本文所用绞车最大缠绳层数为五层。根据式(2)计算得到第二层到第五层钢绳拉力分别为:
p2=29.04644MPa,p3=37.34543MPa,p4=41.49492MPa,p5=44.60704MPa.
同层钢绳不同圈数钢绳的拉力也是不同的,但由于同层钢丝绳拉力降低值很低,可忽略不计。
2.1.2 端侧板载荷的计算
钢绳多层缠绕时,每当钢丝绳缠绕至滚筒端部最后一圈,并向新的一层过度时,因钢丝绳对侧板的楔入作用而产生轴向推力。该力的大小除了与钢丝绳的张力、滚筒结构及缠绕情况有关外,还与钢丝绳和钢丝绳、钢丝绳和筒壁的摩擦情况有关。其瞬间值随着必在一个圆周内由大到小不断变化,此力作用的结果将使侧板产生弯曲,并在侧板与筒壁过度处,产生较为复杂的应力状态。多层缠绕滚筒的侧板轴向推力可用下面的公式进行计算[2]:
式中:Ni为滚筒端侧板轴向分布力;Pmax=478KN为最大快绳拉力;Ri为第i圈钢丝绳缠绕下的滚筒半径;
R2=438.2mm,R3=472.4mm,R4=506.6mm,R5=540.8mm;
uN为钢丝绳与挡板间摩擦力,uN=0.1;uF为钢丝绳与钢丝绳间摩擦力,uF=0.08;φ为滚筒转角,0<φ≤2π。
实际上φ在之间就排到上层,为计算简单,现以中间值进行估算。
取得到:
N2=2.91.73778KN/mm,N3=2.758488KN/mm,N4=2.572265KN/mm,N5=2.409596KN/mm。
2.2 载荷加载与边界条件
2.2.1 载荷加载
(1)缠满五层时滚筒筒壁的径向压力:p5=44.6MPa,该力均匀分布在绳槽上;
(2)钢丝绳拉力作用在筒壁上的转矩:将转矩加在钢丝绳出绳圈的绳槽上;
(3)绳槽对侧板作用力:将侧板压力简化为沿圆周方向作用的均布集中力。其大小在圆周方向上为常量,在径向方向上为变量。
(4)滚筒的受力分析中,分为不加离心力的静态分析和加离心力两种工况,通过结果比较离心力对滚筒强度的影响。滚筒旋转时产生的离心力通过角加速度加在滚筒上。
2.2.2 边界条件处理
(1)左连接毂与轴接触的部位刚固;
(2)右连接毂与轴接触的部位为空间铰接(接触面沿轴的轴线方向自由);
(3)在剖面处,施加对称约束。
2.3 计算结果
由于绞车滚筒按其实际受力状况可视为受外压的密闭容器,因此本研究采用ASMEⅧ标准进行校核。根据ASME规范应力分类的理论,应力强度云图中最大应力点的等效应力由一次薄膜应力、一次弯曲应力、二次应力和应力集中引起的峰值应力叠加而成。危险截面为过最大应力点、沿破坏趋势最明显的截面,此截面的薄膜应力(Pm)、薄膜应力+弯曲应力(Pm+Pb)和总应力(Pm+Pb+Q)应分别满足下列各式要求:
其中,在分析中取系数k=1.0。
本研究在危险截面上过最大应力点,沿破坏趋势最明显的直线定义路径。由于路径上所有节点的平均应力大于危险截面平均应力,符合应力校核原则,因此,以路径上的所有节点代替危险截面进行应力校核。
忽略离心力的最大钩载工况下静力计算结果如图3所示。其中,图(a)为总位移,图(b)为Von Mises等效应力强度,图(c)和(d)分别为危险截面过最大应力点的两条路径上的应力分布曲线。
按照图3得到各条路径上节点的应力状态如表1所示:
取k=1.0。由表2可以看出,路径2上各项应力值均较路径1大,说明筒体危险截面出现在距左端约1/4处。将路径2各值代入式(4)中得到应力校核式如下:
由式(5)可以看出,危险路径的一次薄膜应力略大于许用值,即滚筒在最大钩载载荷作用下,并且钢绳缠满5层的情况下,筒体截面一次薄膜应力最大值均略大于许用值,但经验证明,由于滚筒主要受压应力作用,滚筒内表面即使发生微量的局部塑性变形也无妨,故筒体满足强度要求。
另外,考虑离心力影响的工况下,计算结果与忽略其影响几乎完全一致,这是由于滚筒转速较低,离心力的影响完全可以忽略。
3 结果分析
(1)由常规计算与有限元计算比较可以看出:常规校核计算应力比有限元计算结果小,计算结果偏于不安全。这是因为:常规校核往往将筒体简化为光筒,没有考虑绳槽对整个滚筒受力的影响。常规校核往往对挤压应力与弯扭合成应力分别进行校核。常规计算往往忽略绳槽对侧板的作用力,没有对侧板进行校核。
这些因素的综合造成了常规校核计算结果偏于不安全。
(2)由分析结果可以看出,滚筒受载时的筒体受较大的压应力,但其内壁最大应力并不出现在中间位置,而是出现在距两侧约1/4的位置上,因此应提高此位置的力学性能。
(3)在钢绳对筒壁的径向压力以及钢绳对侧板的轴向压力作用下,整个滚筒最大应力出现在轮毂内的筋板部位,说明在钢绳的径向压力作用下,筋板与筒体接触部位出现了局部应力集中;最大变形出现在右端轮毂与轴接触部位,最大变形量为1.055mm,则右端轴承轴向至少应留1.1mm的放松量。
(4)从分析结果可以看出,未缠到滚筒的钢丝绳拉力造成的弯距和扭距对结果影响不大,可以忽略不计;己缠上滚筒的钢丝绳拉力对滚筒产生的径向压力对滚筒的强度起决定性作用。钢丝绳对侧板产生的轴向推力转化为线均布集中力后值较低。但是由于轴向推力沿轴向分布不均匀,钢丝绳刚锲入瞬间对侧板的轴向推力和与侧板间的径向摩擦力均较大。若钢丝绳每次都在同一位置锲入,在钢丝绳循环多次锲入和反复摩擦作用下,钢丝绳锲入的局部位置的破坏较大。因此应调整钢丝绳的锲入位置,避免在侧板的同一位置破坏严重。
(5)从应力分布可以看出:筒体的应力水平较高,材料充分应用,厚度方面没有减少的空间;侧板的应力水平较低,材料没有充分应用,厚度方面仍有减少的空间。但由于钢丝绳对侧板局部破坏较严重,因此侧板厚度的缩减应慎重。建议侧板厚度减小,钢丝绳锲入部位局部强度和硬度加强。
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