实验力学为国民经济服务的事例(26—30)傅梦蘧(郑州机械所)柴油机飞轮应力遥测某型号推土机和通井机中的柴油机飞轮发生20多起飞裂事故，造成设备损坏，驾驶员多人伤亡，损失极大．机械科学研究院可靠性研究室为了对这次设备事故进行失效分析，组成专家组进行实验、研究和分析，并为工厂提出一项应急措施，即将飞轮材质由灰铸铁改为球墨铸铁．为了确保飞轮的安全可靠运行，要求对球墨铸铁飞轮进行全面评定，包括飞轮材料特性和断裂参数的测定，飞轮的断裂力学分析，飞轮的残余应力测量，无损探伤。有限元计算等．由于飞轮结构较复杂，需要进一步搞清飞轮运行时的工作应力，采用Z了—2·型旋转件近程遥测仪在工厂柴油机试验台上进行了应力遥测试验．在飞轮盘的关键部位布置了16个测点．应变计采用1X1、2X3mm箔式应变计和2X3mm90。箔式应变花．遥测仪在试验过程中采用电标定的方法．由于实测时安装条件的限制，只能用一个通道进行逐点测量，是用切换开关进行的．试验证明这种开关能耐高速旋转时离心力的影响．在飞轮转速分别为650、1000、1500、2000rpm时，记录各转速下的实测数据．测量数据稳定可靠，与有限元计算结果相当符合．从实测和计算分析结果表明，飞轮内孔间和飞轮台阶处径向应力很大，有一峰值，而切向(本文于1985年11月1l口收到)应力在外孔内缘处最大，是飞轮的薄弱处，亦即最危险点．从测得的波形图上可看出，飞轮的工作应力是在静态应力上叠加一个较大的波动应力，其频率与转速一致．飞轮长期运行时将引起疲劳损坏，尤其是在有表面裂纹时情况更为严重．从实测数据和断裂韧性等实验结果认为球墨铸铁飞轮在强度、韧性等方面均比灰铸铁有较大提高，可以作为临时应急措施更换灰铸铁飞轮，不致发生一次性破坏．玻璃涂层容器的残余应力测量化工工程广泛采用内壁涂有玻璃涂层的容器，以防容器的腐蚀．容器的钢板厚度为10—12mm，喷涂的玻璃涂层厚度在1—2 mm之间．由于玻璃涂层与容器钢材的热胀系数不同，热处理后产生的残余应力常使玻璃涂层爆裂而剥落．化工容器由于这种“爆瓷。现象造成的报废损失每年达百万元以上．为了解决这一问题，需要测量玻璃涂层容器的残余应力，分析残余应力产生的因素．但要测量玻璃构·料的残余应力，技术上还存在一定的难点．清华大学工程力学系和北京化工设备厂协作，采用盲孔法，有效地解决了应变计的粘贴、打孔、残余应力释放系数的标定以及测量的技术问题．在相同的工艺条件下，对不同厚度的涂有玻璃涂层的钢板试件以及在玻璃涂层容器上，测得近百点的残余应力值，找出一定的规律．试验结果认为：玻璃涂层的残余应力与涂层的厚度有很大关系。将涂层厚度控制在1．1mm左右，即可大大降低玻璃涂层容器的“爆瓷”率，取得了明显的经济效益．五腿混凝土平台的三维光弹性应力分析随着海洋石油和矿藏等的开发，海洋工程获得迅速的发展，并提出了许多需要解决的海洋工程结构问题．五腿混凝土平台是一种混凝上多用平台，具有海上钻井、采油和贮油等多种功能．由于混凝土平台是一种重要的结构工程，必须进行正确的结构分析．平台的结构形式极为复杂，又受水压力、波压力、风力、上部钢甲板重量以及结构自重等作用，因此在乎台结构中产生极复杂的应力状态．考虑到平台结构工程的重要性，除进行理论计算分析外，同济大学光测力学研究室还对五腿混凝土平台进行了三维光弹性应力分析，以验证理论计算结果的准确度．光弹性实验，由设计单位提供简化模型，即取出整个结构的]／4部分，井相应地附加位移边界约束条件，然后简化为三维光弹性模型进行实验分析，亦即研究平台的一个腿柱的应力状态．由于平台结构复杂，外径大，管壁薄，载荷种类多，因此在模型的模拟设计、光弹性模型制作、模型加载冻结等存在着很大难度．采用了各种有效的技术措施，使实验取得成功．根据设计单位要求，在一特定载荷作用下，对模型的八个重要截面进行了实验分析，获得了每个截面内外边界上的轴向和环向应力，特别是平台腿柱与罐体结合部位的应力集中情况．实验分析结果为平台的可行性论证及设计提供了依据．隧道管片接头的三维光弹性应力分析为了合理设计越江隧道工程中拼装式衬砌的接头部分，必须了解接头部分三维应力分布状况．由于管片接头是用螺栓连接，并且在接头处有螺栓手孔等，因此在偏心载荷下，接头内部产生极为复杂的应力状态，需要对较多的截面进行应力分析．鉴于管片接头应力分布的复杂性以及考虑应用计算机，同济大学光测力学研究室和上海城建学院力学教研室对管片接头进行了三维光弹性模型全场应力分析．将光弹性冻结模型沿平行于模型表面进行水平连续切片，共切出13片，并将每个切片分成若干正方形网格．每个切片分为168个节点．同时对边界节点进行正射和斜射测量，对内部节点进行一次正射，获得边界节点各应力分量及内部节点的等差线和等倾角．最后将2200节点的原始数据输入计算机，采用迭代法求解．在迭代误差为10“时，迭代58次，用时30分钟，获得收敛结果，并打印出模型各节点处的应力值．应用上述混合法可对三维模型进行全场应力分析，获得三维结构任何截面的应力分布状态，特别是获得了接头中一些特殊的应力分布规律，有效地解决了接头的应力分析问题，为工程设计提供了依据．汽轮机阀杆缺口的动态应力集中汽轮机阀杆是用来控制从锅炉流向透平的高压过热蒸汽流量的一个重要部件。由于不稳定汽流引起碟套与阀杆的相互碰撞，致使阀杆在实际应用中经常发生断裂．随着机组容量日益增大，阀杆的断裂引起了国内外工业界和学者的重视．除在空气动力学方面，通过风洞模拟试验，研究阀杆的合理型线，使得气流稳定流动，以减少振动外，同济大学光测力学研究室还利用多火花式动态光弹性仪对受冲击载荷的阀杆进行动态光弹性实验研究，求得缺口部位的动态应力集中系数，与随机疲劳、随机振动等结合进行分析．通过实验，观察到应力集中部位与实际断裂部位是一致的．实验获得的动态应力集中系数在1．6左右，略低于静态应力集中系数．这主要是由于采用落锤加载，其加载速度较慢．为此进一步研究动态加载方法和装置，是开展动态光弹性实验研究的一个重要课题．实验认为阀杆的几何形状是合理的，分析其断裂原囚与疲劳强度有关．尹枞椰A／9GL／mh／MhA＼＼＼＼唠2教育研究5氛＼＼v＼＼＼w＼＼w＼＼w＼＼＼＼v＼＼＼v扇

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