基于子结构模态综合法的导叶轴-顶盖耦合系统振动特性研究

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作者 王洋 梁权伟 +4 位作者 马同午 曾劲 何启源 杨洋 王世建 《振动与冲击》 北大核心 2025年第12期80-89,共10页

针对混流式水轮机在水流作用下诱发导叶轴与顶盖之间的碰摩故障,采用有限单元法结合固定界面模态综合法,建立了导叶轴-顶盖碰摩耦合系统的减缩动力学模型,进而详细讨论了导叶轴截断数和顶盖截断数对减缩模型前3阶模态特性的影响规律。此... 针对混流式水轮机在水流作用下诱发导叶轴与顶盖之间的碰摩故障,采用有限单元法结合固定界面模态综合法,建立了导叶轴-顶盖碰摩耦合系统的减缩动力学模型,进而详细讨论了导叶轴截断数和顶盖截断数对减缩模型前3阶模态特性的影响规律。此外,考虑水流作用和导叶轴-顶盖局部接触导致的结构预应力效应,对比研究了全模型和减缩模型前3阶固有频率随水流静载和摩擦因数的变化规律。对比分析了单谐波水流激励下两种接触状态(包括近载端接触和近-远载端接触)对全模型和减缩模型动力学行为的影响规律。研究结果表明:水流静载值的增加使得导叶轴-顶盖局部接触程度加深,从而导致系统前3阶固有频率呈增大趋势,且摩擦因数的增加会使导叶轴-顶盖耦合系统由近载端接触切换到近-远载端接触时所需的水流静载值增大;在共振状态下,单谐波水流激励下导叶轴与顶盖碰摩使得系统的振动响应频谱体现为激励频率的倍频,且在奇数倍频处出现幅值放大现象。 展开更多

关键词 混流式水轮机 碰摩 模型减缩 动力学特性

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超临界温度下Inconel 617B的力学行为 被引量：2

2

作者 尹涛 蔡力勋 包陈 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2018年第5期1078-1084,共7页

针对Inconel 617B合金,分别完成了常温、700℃下单轴拉伸试验和等幅应变疲劳试验。基于漏斗试样有限元辅助测试(Finite-element-analysis Aided Testing,FAT)新方法获得了Inconel 617B合金在两种温度下直至破坏的单轴拉伸真实应力-应变... 针对Inconel 617B合金,分别完成了常温、700℃下单轴拉伸试验和等幅应变疲劳试验。基于漏斗试样有限元辅助测试(Finite-element-analysis Aided Testing,FAT)新方法获得了Inconel 617B合金在两种温度下直至破坏的单轴拉伸真实应力-应变试验关系,给出了材料临界破断应力、破断应变、应力应变描述新方程与参数;研究了两种温度下Inconel 617B合金的循环应力演化行为、循环本构关系、应变幅与寿命关系和超超临界服役温度效应。研究结果表明,超超临界温度使Inconel 617B合金的弹性模量、屈服强度、极限强度、临界破断应力、破断应变和试样颈缩后漏斗根部横截面中心点应力三轴度等力学性能降低显著;提出的真实应力-应变关系新方程对FAT获得的结果曲线描述良好;有限元辅助分析得出,试样漏斗根部横截面中心的应力三轴度最大,700℃下破断时最大应力三轴度远低于常温结果;Inconel617B合金在两种温度下均表现出明显的循环硬化特征,超超临界温度使得Inconel 617B合金的循环稳定寿命比例明显减小、抗疲劳性能显著降低;Manson-Coffin模型可良好描述两种温度下Inconel 617B合金的低周疲劳试验寿命结果。 展开更多

关键词 超超临界温度 INCONEL 617B 合金 FAT方法 单轴拉伸 低周疲劳

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改进傅里叶级数法在Winkler地基薄板振动分析中的应用 被引量：3

3

作者 王吉 高芳清 +2 位作者 覃良晋 郑双星 丁凯文 《噪声与振动控制》 CSCD 2020年第5期76-81,共6页

基于Winkler地基模型,采用弹性组件及其参数设定模拟约束边界类别与状态,结合Hamilton原理,建立一种适应各类参数全局性变化的土-结构相互作用的振动分析方法。求解过程重点利用改进傅里叶级数法,给出能够满足各类边界条件的振型函数统... 基于Winkler地基模型,采用弹性组件及其参数设定模拟约束边界类别与状态,结合Hamilton原理,建立一种适应各类参数全局性变化的土-结构相互作用的振动分析方法。求解过程重点利用改进傅里叶级数法,给出能够满足各类边界条件的振型函数统一表达式,有效地解决振型函数在任意边界条件下的选取以及不能严格满足角点条件的难点。通过数值计算与文献对比,检验方法的准确性,并验证其快速收敛特性;在此基础上,探究系统频率与地基基床系数、地基上矩形薄板尺寸参数的相互影响关系和规律。 展开更多

关键词 振动与波 改进傅里叶级数 WINKLER地基 矩形薄板 HAMILTON原理 任意边界条件

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SiC/AZ31反贝壳结构复合材料的拉伸性能

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作者 何博 罗茜 +2 位作者 常超 赵科 刘金铃 《航空材料学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期10-19,共10页

结合机械球磨和热变形工艺制备具有反贝壳结构的SiC/AZ31复合材料,通过工艺控制对复合材料微观结构进行有效调控。采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等对材料的微观结构进行表征,通过准静态拉伸实验测试材料的力学性能,并结合... 结合机械球磨和热变形工艺制备具有反贝壳结构的SiC/AZ31复合材料,通过工艺控制对复合材料微观结构进行有效调控。采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等对材料的微观结构进行表征,通过准静态拉伸实验测试材料的力学性能,并结合其微观形貌对强韧化机理与失效机制进行初步分析。结果表明:通过热变形工艺获得的反贝壳结构可以明显提升镁基复合材料的拉伸性能;当反贝壳结构复合材料基体的应变硬化能力得到提升时,能更好地补偿硬相中裂纹增殖带来的软化效应,复合材料的应变硬化能力得到提升。通过调控反贝壳材料软相片层尺寸,可以实现对拉伸性能的调控。软相片层较大时,材料拥有更好的韧性;软相片层较小时,材料拥有更高的强度。反贝壳结构复合材料良好的强韧性与其结构特点密不可分,其连续的硬相很好地起到了承载作用,而弥散的软相片层则有助于提升复合材料的韧性。该材料的主要强化机制包括弥散强化、细晶强化与异构形变诱导强化,而韧性的提高则归功于软相片层诱导的裂纹钝化和偏转。 展开更多

关键词 镁基纳米复合材料 贝壳 构型 强度 韧性

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耐热铝合金在航空领域中的研究进展与发展趋势 被引量：2

5

作者 陈汉 伍鹏程 +4 位作者 张涛 匡蜀黔 张良贤 赵科 刘金铃 《航空材料学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1-15,共15页

超声速飞机的发展对能够在300~500℃服役的耐热铝合金材料有迫切需求。然而,耐热铝合金的高温力学性能还无法满足实际应用需求,因此,需要从材料成分设计和显微结构控制等方面开展进一步的研究,提高耐热铝合金的综合力学性能。本文从微... 超声速飞机的发展对能够在300~500℃服役的耐热铝合金材料有迫切需求。然而,耐热铝合金的高温力学性能还无法满足实际应用需求,因此,需要从材料成分设计和显微结构控制等方面开展进一步的研究,提高耐热铝合金的综合力学性能。本文从微合金化设计和共晶合金两个方面综述了耐热铝合金的相关研究进展,并且展望了耐热铝合金研究的发展趋势。文章首先系统介绍了Al-Sc系、Al-Cu系、Al-Si系和Al-Mg系耐热铝合金的发展历史与研究现状,重点讨论了耐热铝合金的微合金化设计思想,以及过渡金属元素和稀土元素对析出相、组织结构和力学性能的影响。接着,全面总结了Al-Fe系、Al-Ni系、Al-Ce系和Al-Si系耐热共晶铝合金的发展现状,重点介绍了快速凝固技术和增材制造技术对发展耐热共晶铝合金产生的重要推动作用。最后,分析了新型耐热铝合金开发及应用所面临的主要问题,并从数据驱动的成分设计、高通量实验验证、工程应用研究和标准体系建设等角度探讨了未来耐热铝合金研究的发展趋势。 展开更多

关键词 耐热铝合金 微合金化 快速凝固 增材制造 力学性能

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基于D-P准则和西原模型的圆形隧道黏弹-黏塑性解 被引量：13

6

作者 曹朔 喻勇 汪波 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期1925-1932,共8页

为了较好地描述圆形隧道开挖后围岩的流变特性,假设围岩本构模型为西原模型,选用Drucker-Prager屈服准则,考虑塑性区的黏性与剪胀特性,推导了圆形隧道开挖后围岩塑性区半径、应力、位移的理论解。当剪胀角ψ=0°时,这些解答转化为... 为了较好地描述圆形隧道开挖后围岩的流变特性,假设围岩本构模型为西原模型,选用Drucker-Prager屈服准则,考虑塑性区的黏性与剪胀特性,推导了圆形隧道开挖后围岩塑性区半径、应力、位移的理论解。当剪胀角ψ=0°时,这些解答转化为体积不变假设下基于Mohr-Coulomb准则和西原模型的黏弹-黏塑性解。通过具体算例,分析了剪胀角对塑性区半径、洞壁位移和应力场的影响。将黏弹-黏塑性位移解和黏弹-塑性位移解进行了对比分析。结果表明:围岩达到稳态之前,剪胀角对应力场和塑性区半径影响较小,对洞壁位移影响较大。稳态围岩的应力场和塑性区半径与剪胀角取值无关。稳态围岩洞壁位移随着剪胀角的增大有较为明显的增加。塑性区的黏性特性对围岩的稳态应力没有影响,对围岩的稳态洞壁位移有较大的影响。剪胀角较大时,应考虑塑性区的黏性,否则会低估稳态围岩洞壁位移。研究结果对实际工程有一定的参考价值。 展开更多

关键词 黏弹-黏塑性 西原模型 剪胀 Drucker-Prager屈服准则 理论解

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基于超声导波波束成形的缺陷反演方法研究 被引量：2

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作者 武靖昌 张应红 +4 位作者 钱智 马智勇 李鹏 李翔宇 钱征华 《南京航空航天大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期497-506,共10页

利用超声导波对板结构中的缺陷进行反演可以确定缺陷的位置和形状信息,针对走时成像方法在低频范围内效果不佳的问题,提出一种基于波动场的超声导波缺陷反演成像方法。根据波动方程推导出波束成形成像原理,利用Born近似下的散射场数据... 利用超声导波对板结构中的缺陷进行反演可以确定缺陷的位置和形状信息,针对走时成像方法在低频范围内效果不佳的问题,提出一种基于波动场的超声导波缺陷反演成像方法。根据波动方程推导出波束成形成像原理,利用Born近似下的散射场数据对成像区域像素点的值进行相干叠加,得到缺陷的位置和形状。再通过波束成形与傅里叶衍射定理在频域的映射关系,将波束成形的结果转化为衍射层析成像图像,得到了更为清晰的反演图像。针对衍射层析成像中存在伪影和噪声的问题,利用二维变分模态分解(Two-dimensional variational mode decomposition,2D-VMD)方法对图像进行降噪处理,有效去除了伪影和缺陷轮廓边缘的毛刺,进一步提高了成像分辨率。反演结果表明该方法可以较为准确地重构出铝板上减薄缺陷的位置、大小和形状,具有较高的分辨率。 展开更多

关键词 固体力学 超声导波 缺陷反演 波束成形 衍射层析成像 二维变分模态分解

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仿生叠层原位铝基复合材料的弯曲性能与增韧机制 被引量：2

8

作者 欧阳菲 张良贤 +2 位作者 罗茜 赵科 刘金铃 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期3582-3594,共13页

受贝壳的珍珠层结构启发,本文开展了铝基复合材料的构型设计,采用片状粉末冶金工艺制备了具有仿生叠层结构特征的原位Al-O结构增强铝基复合材料,研究了复合材料的弯曲性能及断裂特征,并讨论了叠层结构的特征尺寸对弯曲性能的影响。当仿... 受贝壳的珍珠层结构启发,本文开展了铝基复合材料的构型设计,采用片状粉末冶金工艺制备了具有仿生叠层结构特征的原位Al-O结构增强铝基复合材料,研究了复合材料的弯曲性能及断裂特征,并讨论了叠层结构的特征尺寸对弯曲性能的影响。当仿生叠层原位铝基复合材料中的软相平均厚度为0.83μm时,弯曲强度可达402.6MPa,断裂韧性值为11.8MPa∙m^(1/2),实现了良好的强韧性匹配。通过对裂纹扩展路径的观察,揭示了仿生叠层结构在抑制裂纹扩展,促使裂纹偏转,以及形成分层裂纹等方面的作用。本文的研究结果为高强韧铝基复合材料的构型设计和性能优化提供了新思路。 展开更多

关键词 仿生复合材料 叠层复合材料 铝 弯曲性能 增韧

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钢筋非均匀锈蚀引起混凝土保护层内裂分析 被引量：2

9

作者 汪奔 王弘 +1 位作者 张志强 周蒙蛟 《重庆大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第3期70-75,共6页

根据自然环境下保护层锈胀开裂前的钢筋锈蚀形态,将锈蚀层简化为半椭圆状的非均匀分布,从而建立了钢筋非均匀锈蚀理论模型。经过求解得到了混凝土中锈胀应力理论解,并与有限元计算结果对比,验证了理论解的精确性。根据理论解可知最大周... 根据自然环境下保护层锈胀开裂前的钢筋锈蚀形态,将锈蚀层简化为半椭圆状的非均匀分布,从而建立了钢筋非均匀锈蚀理论模型。经过求解得到了混凝土中锈胀应力理论解,并与有限元计算结果对比,验证了理论解的精确性。根据理论解可知最大周向应力在水平轴上,因此锈蚀层的发展会首先引起保护层内部水平裂纹的产生。增加钢筋直径可有效减低锈胀应力,提高结构抗锈裂的能力。与均匀锈蚀理论模型对比结果表明:均匀锈蚀要远小于非均匀锈蚀条件下的临界锈蚀层厚度,均匀锈蚀的计算结果偏于保守。因此,对锈胀问题进行理论分析时,应采用更接近真实锈蚀形态的非均匀锈蚀模型。 展开更多

关键词 非均匀锈蚀 混凝土 开裂 理论模型

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Winkler地基上矩形薄板的振动响应分析 被引量：2

10

作者 郑双星 高芳清 丁凯文 《噪声与振动控制》 CSCD 北大核心 2021年第6期19-23,共5页

提出一种统一、有效的数值方法分析Winkler地基上矩形薄板的振动响应问题。采用Winkler地基模型,用横向弹簧和扭转弹簧的组合表示矩形薄板边界,用改进的傅里叶级数形式表示横向位移函数,用瑞利-里兹方法推导出拉格朗日函数的振动响应矩... 提出一种统一、有效的数值方法分析Winkler地基上矩形薄板的振动响应问题。采用Winkler地基模型,用横向弹簧和扭转弹簧的组合表示矩形薄板边界,用改进的傅里叶级数形式表示横向位移函数,用瑞利-里兹方法推导出拉格朗日函数的振动响应矩阵。通过计算Winkler地基上矩形薄板的振动响应并将之与有限元法结果相比较,验证了该方法的正确性和有效性。进一步探究了不同激励点、不同响应点处共振峰值数目的变化。 展开更多

关键词 振动与波 WINKLER地基 改进傅里叶级数 矩形薄板 振动响应

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考虑车桥接触非线性因素的桥梁动力响应研究 被引量：2

11

作者 周子骥 高芳清 《噪声与振动控制》 CSCD 2019年第6期153-158,共6页

以简构车辆和简支梁桥为研究对象,重点考虑车桥耦合作用时轮胎所致非线性情况。通过轮胎的有限元模拟、新型车桥耦合动力学模型的建立、“新型预测-校正积分”数值求解方法的引用等对不同跳车高度和车速工况下桥梁动力学响应问题进行探... 以简构车辆和简支梁桥为研究对象,重点考虑车桥耦合作用时轮胎所致非线性情况。通过轮胎的有限元模拟、新型车桥耦合动力学模型的建立、“新型预测-校正积分”数值求解方法的引用等对不同跳车高度和车速工况下桥梁动力学响应问题进行探讨,并与车桥线性耦合接触作用情况作比较。数值分析表明:车桥接触非线性与线性两种情况下桥梁竖向动态位移存在显著差异。考虑车桥接触非线性会增大跳车冲击过程中桥梁跨中最大竖向位移值;车辆未发生跳车状态时,接触非线性与线性对桥梁竖向位移值影响差异不明显,而发生跳车状况时,接触非线性对桥梁竖向位移值影响与接触线性相比差异明显。 展开更多

关键词 振动与波 车桥耦合作用 接触非线性 跳车冲击 竖向动态位移

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直管流致振动数值模拟中的参数选择 被引量：2

12

作者 杨凡 鲁丽 《重庆理工大学学报（自然科学）》 CAS 2017年第10期62-65,共4页

基于ANSYS Workbench与CFX有限元分析软件,采用双向流固耦合方法,以横向流作用下的单根直管为基本分析对象,建立三维流固耦合模型。利用Meshing划分不同网格来研究网格划分对单管的流致振动数值模拟的影响。以横向均匀来流下单管为例,... 基于ANSYS Workbench与CFX有限元分析软件,采用双向流固耦合方法,以横向流作用下的单根直管为基本分析对象,建立三维流固耦合模型。利用Meshing划分不同网格来研究网格划分对单管的流致振动数值模拟的影响。以横向均匀来流下单管为例,给出了合理的边界层网格划分方式及合理的时间步长。 展开更多

关键词 流致振动 双向流固耦合 数值模拟 WORKBENCH

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基于双参数地基系统的改进傅里叶级数振动方法研究 被引量：1

13

作者 王吉 高芳清 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2021年第14期85-91,共7页

双参数地基系统中,在含自由边界或弹性边界处,其上板结构弯曲位移不为零,将导致基底压力向地基板外域传递和扩散,从而使板外域地基产生沉降。然而,现有的研究因边界条件的局限性忽略了板外域地基沉降,使得该类边界的计算结果产生较大的... 双参数地基系统中,在含自由边界或弹性边界处,其上板结构弯曲位移不为零,将导致基底压力向地基板外域传递和扩散,从而使板外域地基产生沉降。然而,现有的研究因边界条件的局限性忽略了板外域地基沉降,使得该类边界的计算结果产生较大的误差。针对双参数地基上矩形薄板的弯曲振动问题,基于改进Fourier级数法和Vlazov假定,提出了一种能在任意边界条件下考虑板外域地基沉降的振动分析方法。通过参数化分析,并与文献和有限元计算结果进行对比,验证了该方法具有较快的收敛速度和较高的计算精度;在此基础上,研究了不同自由边界数组合和弹性边界下地基沉降对振动特性的影响。 展开更多

关键词 双参数地基 板外域地基沉降 改进Fourier级数法 Vlazov假定 任意边界条件

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改进有限条法用于矩形薄板的振动分析

14

作者 王明 高芳清 陈良杰 《噪声与振动控制》 CSCD 北大核心 2023年第3期66-70,82,共6页

工程应用中的薄板可视为由条状薄板组成的结构,如矩形薄板、蜂窝薄板结构等。各类解析法精度较好但应用不够灵活,有限单元法在计算较为灵活但过大的矩阵致使求解效率低下。结合有限元法和解析法的优点,建立矩形形状的有限板条。采用一... 工程应用中的薄板可视为由条状薄板组成的结构,如矩形薄板、蜂窝薄板结构等。各类解析法精度较好但应用不够灵活,有限单元法在计算较为灵活但过大的矩阵致使求解效率低下。结合有限元法和解析法的优点,建立矩形形状的有限板条。采用一维离散、一维解析的半解析函数构造薄板的位移函数,其中离散方向采用Hermite插值构造来满足薄板的位移连续和转角连续,解析方向通过改进的傅里叶级数描述相应边界的梁函数。以矩形薄板的振动为研究内容,通过将得到的薄板固有频率与有限元软件计算结果进行对比,验证了基于有限条法所建立的计算模型的有效性,分析边界弹簧刚度和傅里叶级数截断值对计算结果收敛性的影响。 展开更多

关键词 振动与波 有限条法 改进傅里叶级数 矩形薄板 振动特性

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圆盘颗粒DDA接触算法及冲量法

15

作者 陈孚 喻勇 《重庆理工大学学报（自然科学）》 CAS 2016年第11期71-77,共7页

介绍了圆盘颗粒不连续变形分析(DDA)理论。推导了圆盘与边界、圆盘与圆盘的罚函数法接触子矩阵。在罚函数法和曾广拉格朗日法下编写程序模拟了单个圆盘与边界碰撞、折斜面上的运动和多圆盘在封闭边界内的运动等3个算例。研究了罚函数法... 介绍了圆盘颗粒不连续变形分析(DDA)理论。推导了圆盘与边界、圆盘与圆盘的罚函数法接触子矩阵。在罚函数法和曾广拉格朗日法下编写程序模拟了单个圆盘与边界碰撞、折斜面上的运动和多圆盘在封闭边界内的运动等3个算例。研究了罚函数法和增广拉格朗日法处理接触时刚度变化对系统机械能的影响,发现碰撞速度较大时,系统机械能的变化在不同刚度取值组合下相差很大。为解决模拟碰撞时存在的机械能变化不准确的问题,在计算中引入冲量法,用于计算圆盘与圆盘、圆盘与边界以及圆盘与凸角碰撞后的分离速度,以更新DDA算法中的初始速度。将冲量法编入程序在不同恢复系数和摩擦角条件下重新模拟算例,发现改善后的算例程序可较好地模拟多圆盘在运动过程中的机械能变化。 展开更多

关键词 圆盘颗粒DDA 接触刚度 机械能 冲量法

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管道沉降模式识别方法

16

作者 张世超 成志强 李鸣 《中国测试》 CAS 北大核心 2018年第7期137-142,共6页

管道沉降严重影响运营安全,评估管道安全的应力指标与沉降模式密切相关。管道发生沉降后,沉降管道的垂向位移量可采用水准仪测量,水平位移量却不便直接测量。只有获得沉降模式及两个方向的位移量后,方可制定沉降治理方案。该文提出一种... 管道沉降严重影响运营安全,评估管道安全的应力指标与沉降模式密切相关。管道发生沉降后,沉降管道的垂向位移量可采用水准仪测量,水平位移量却不便直接测量。只有获得沉降模式及两个方向的位移量后,方可制定沉降治理方案。该文提出一种基于有限元模型反求水平位移量的方法。采用超声残余应力测试系统获得管道的轴向应力,在已知的测试垂直位移量与假定的不同水平位移量组合下,利用有限元软件模拟管道的轴向应力,并与超声残余应力测试结果比较,确定管道的沉降模式及倾斜沉降的程度。以某储气库场站的沉降管道为例,详细论述沉降模式识别及其水平位移量反求的方法。 展开更多

关键词 管道 沉降模式 垂向位移 倾斜位移 轴向应力

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