环向裂缝缺陷管道带压密封的安全注剂压力影响因素分析

为了提高注剂式带压密封技术在管道维抢修作业过程中的安全性和成功率,采用实验和ANSYS仿真模拟相结合的方法对含环向裂缝缺陷管道的安全注剂压力进行分析。通过分析和计算,研究环向裂缝长度、管径和运行压力对注剂密封过程中缺陷管道所受到的最大等效应力的影响。结果表明:随着环向裂缝长度的增加,缺陷管道的最大等效应力减小,安全注剂压力减小;随着管径的增大,注剂压力呈现先减小后增加的趋势;管道运行压力越大,其泄漏量就越大,所需要的注剂压力也越高。所建立的有限元分析模型的分析结果与实验结果吻合较好,模型具有较高的准确性和可靠性。     

均匀腐蚀油管剩余强度ABAQUS有限元分析

油管腐蚀问题日益严重,是影响油田生产安全的主要因素之一。其中,均匀腐蚀是导致油气管道失效的主要形式,但对于油管的腐蚀评价难以得出明确、直接的评价标准。因此,应用ABAQUS软件建立了20种均匀腐蚀损伤油管三维模型,模拟并得到了88.9mm油管均匀腐蚀缺陷深度、位置、环向宽度、轴向长度对油管剩余强度的影响规律。研究结果表明:均匀腐蚀深度增加,油管剩余强度快速减小,均匀腐蚀深度0.5～2.0mm范围内,外壁均匀腐蚀油管剩余强度下降约41 MPa,内壁均匀腐蚀油管剩余强度下降约33MPa;与外壁均匀腐蚀相比,内壁均匀腐蚀更危险;当均匀腐蚀环向宽度逐渐增加(100—140mm)时,油管剩余强度几乎处于平稳状态,整体上有轻微下降,当油管均匀腐蚀轴向长度增加(100—140mm)时有相同的规律性特点。     

含腐蚀坑缺陷悬空管道的安全研究

以西一线甘肃段某天然气管线为工程背景,由于土壤长期对管道腐蚀性影响及不良地质作用,含有腐蚀缺陷管道意外产生悬空。利用ASME B31G,DNV RP-F101标准和PCORRC方法对在役含腐蚀坑缺陷悬空管道中允许的腐蚀坑缺陷尺寸进行了确定。基于应变失效准则,建立管道在不同地区的失效判别标准,借助Abaqus有限元分析软件,研究含腐蚀坑缺陷悬空管道的失效位置及腐蚀坑缺陷的长度和深度对管道应力、应变、位移和对管道的安全、极限悬空长度的影响,结果表明,腐蚀缺陷深度系数对管道影响较大,当深度系数k1≥0.4后,管道的安全和极限悬空长度急剧减小,管道极易发生失效。     

含腐蚀海底悬空管道的安全研究

海底管道悬空在滩浅海海域是常见的现象,为确定当悬空管道存在腐蚀的情况下,对海底管道的安全评估所产生的的影响,通过有限元分析的方法,研究了腐蚀在海底悬空管道不同轴向位置上,对海底管道的受力影响。     

双腐蚀缺陷油气管道剩余强度分析

以X60双腐蚀缺陷油气管道为研究对象,借助ANSYS软件,分析双腐蚀缺陷半径和缺陷深度对其等效应力和剩余强度的影响。结果表明:随着轴向位置的增加,双腐蚀缺陷管道等效应力在屈服极限与抗拉极限之间变化;随着缺陷半径的增大,剩余强度呈增加的趋势,安全性增强;随着缺陷深度的增大,剩余强度呈减小的趋势,安全性降低。所得结论对于油气管道的腐蚀安全评价有一定的参考意义。     

腐蚀管道的剩余强度评定及ANSYS二次开发

针对腐蚀管道对工作承压能力的影响,利用ANSYS软件建模仿真,通过与真实材料拉伸试验的数据对比,验证了有限元方法有较高的可靠性。进一步研究了内腐蚀缺陷尺寸对管道剩余强度的影响,并重点研究了相邻腐蚀缺陷相互作用和群腐蚀管道的评价方法。研究结果表明,管道的剩余强度会随着缺陷尺寸的增大而减小,相邻腐蚀缺陷在轴向和环向距离一定范围内会随着间距增大而相互影响减小。利用相邻腐蚀缺陷相互作用准则建立了等效简化群腐蚀的方法。为了解决ANSYS评定管道剩余强度操作的复杂性,开发了针对单个腐蚀和复杂腐蚀的评估软件。     

航空发动机U形金属密封环的设计与优化

针对某型发动机高压转子连接结构的密封问题,设计一种U形金属密封环,分析研究密封环的密封和强度性能,探究结构参数(包括根部倒圆、壁厚、环高、接触面曲率半径、密封环接触面角度、密封环配合件角度)对密封环最大等效应力、最大接触应力的影响,基于ANSYS Workbench优化设计模块,采用代理模型结合遗传算法的优化技术对密封环结构进行优化。结果表明:安装压缩率范围为3.56%～6.33%时,可保证安装和工作2种工况下密封和强度的要求;最大等效应力与壁厚成正比关系,而与根部倒圆和环高成反比关系;接触面曲率半径对最大等效应力影响较小,但最大接触应力随着接触面曲率半径的增加而增加;选择合适的角度范围时,密封环接触面角度和密封环配合件角度对最大等效应力、最大接触应力影响均较小。密封环结构优化后,最大等效应力在安装和工作2种工况下分别减小了34.3%和30.4%,同时密封环质量减少了6.1%。对设计的U形金属密封环随整机进行了试验,结果表明U形金属密封环密封性能良好,验证了设计的合理性。     

接触式中间旋转环式机械密封的结构优化

借助ANSYS分析影响中间旋转环式机械密封性能的关键结构参数,结果表明,静环和动环的伸出长度对密封性能的影响很小,中间环厚度和密封面宽度对密封性能的影响较大,且中间环厚度及密封面宽度对密封性能的影响是相互独立的;中间环厚度增大时,最高温度和最大等效应力减小,但最大接触压力和泄漏量增大;密封面宽度增大时,最高温度、最大等效应力和泄漏量增加,但最大接触压力减小。对密封环结构进行优化,得出最佳的动静环伸出长度、中间环厚度和密封面宽度,优化后机械密封的最高温度、最大等效应力、最大接触压力下降,对机械密封的运转更为有利。     

中间旋转环式机械密封结构优化研究

借助ANSYS分析影响中间旋转环式机械密封性能的关键结构参数,结果表明,静环和动环的伸出长度对密封性能的影响很小,中间环厚度和密封面宽度对密封性能的影响较大,且中间环厚度及密封面宽度对密封性能的影响是相互独立的;中间环厚度增大时,最高温度和最大等效应力减小,但最大接触压力和泄漏量增大;密封面宽度增大时,最高温度、最大等效应力和泄漏量增加,但最大接触压力减小。对密封环结构进行优化,得出最佳的动静环伸出长度、中间环厚度和密封面宽度,优化后机械密封的最高温度、最大等效应力、最大接触压力下降,对机械密封的运转更为有利。     

双浮动密封橡胶O形圈接触应力分析

针对双浮动密封橡胶O形圈接触过程应力的变化,建立双浮动密封二维轴对称非线性接触模型;利用有限元方法对O形圈进行应力计算,分析O形圈在不同压缩率、不同浮封座和浮动环的斜面角度及不同摩擦因数下的应力变化情况。结果表明:橡胶O形圈各应力最大值随压缩率的增加呈线性增大, O形圈内高应力分布区域随压缩率的增加而增大,并由接触部位附近向其中间位置扩散;摩擦因数对O形圈各应力影响很小,而浮封座和浮动环的斜面角度对O形圈等效应力和接触压力影响较大;随着浮封座斜面角的增加,等效应力总体趋于减小,接触压力先减小后缓慢增加,而剪切应力整体变化较小;随着浮动环斜面角的增加,等效应力、接触压力呈递增趋势,剪切应力曲线上下波动,但整体变化不明显。确定双浮动密封浮封座和浮动环斜面角度最优值,为双浮动密封结构设计提供了指导。     

基于ANSYS的海底双层输油管道悬空段的受力和变形分析

针对海底双层输油管道的悬空段的受力和变形问题,考虑泥沙对管道的作用力,引入过渡段,采用ANSYS软件建立了悬空管道的有限元模型。通过计算分析得到了悬空长度对管道受力和变形的影响规律,在此基础上得出了允许的最大悬空跨距。分析结果为海底双层输油管道的失效判别提供了数据支持,对于海底管道的悬空分析与治理具有重要的意义。     

基于ANSYS的腐蚀压力管道的应力分析

应用有限元分析方法并结合压力管道分析设计标准,分析研究某输油管管道在受腐蚀情况下的承载能力和应力分布。通过腐蚀深度与强度标准的数据比对,得出腐蚀深度与达到较大塑性破坏的关系,为管道工程焊接和运营过程中裂纹与腐蚀应力破坏实际控制提供了理论依据。     

基于X射线衍射法的圆筒对接焊缝残余应力测试与分析

利用X射线衍射法对圆筒对接焊缝的残余应力进行测试分析。研究焊接残余应力测试方法,给出合理的电化学腐蚀参数,即合理的腐蚀深度。分析电动打磨与手工打磨对残余应力测试结果产生的影响。分析残余应力测试对电解抛光的具体要求。分析不同腐蚀深度下残余应力的变化规律。结果表明:电动打麿破坏试件表面残余应力分布,手工砂纸打磨使试件表面残余应力增大;电化学腐蚀后的抛光处理对表面残余应力测试值有一定影响,抛光不完整导致残余应力值减小50%以上;试件表面残余应力随腐蚀深度增加有减小的趋势,与理论分析结果接近。     

基于流固耦合的闭式离心叶轮结构强度分析

分别采用CFX计算出三种工况下叶轮的气动压力分布,利用ANSYS计算出只受离心力载荷作用时的叶轮应力和变形。通过单向耦合得到两种载荷共同作用时的应力、变形结果,最后对叶轮进行了强度校核。结果表明,最大等效应力发生在叶片前缘与轮盖交接处,最大变形发生在叶轮出口处。叶轮的应力主要受离心力载荷的影响,而受气动载荷的影响较小。随着流量增加,最大等效应力和最大变形量随之减小。强度校核表明叶轮满足要求。文中为叶轮的流固耦合的强度计算提供了一种参考,从仿真角度揭示了叶轮的应力分布,为理论分析提供了佐证。     

基于ANSYS Workbench的管道内表面裂纹强度因子干涉作用研究

基于ANSYS Workbench对管道内表面单裂纹和双裂纹的影响因素进行数值模拟研究。建立单向拉伸载荷作用下的管道内表面裂纹的有限元模型，比较研究数值模拟结果与理论解，研究表明两者的最大误差为6.01%。应用数值模拟方法研究管道内表面单裂纹与拉伸载荷倾角对裂纹等效应力和最大应力强度因子的影响规律，研究表明当倾角为30°时，裂纹的最大等效应力达到最大值(22.676 MPa)，而最大应力强度因子随着倾角角度的增加呈现单调递减的趋势。建立水平裂纹和斜裂纹的有限元模型，分析单向拉伸载荷下的管道内表面水平裂纹和斜裂纹在夹角为30°、45°、60°和90°的干涉机制，研究表明两个裂纹的夹角从30°增加到90°，水平裂纹的最大等效应力在20.095～22.05 MPa之间，最大应力强度因子在9.791 2 MPa·mm^0.5与9.262 1 MPa·mm^0.5之间；而倾斜裂纹的的最大等效应力从24.103 MPa减小到5.715 2 MPa；最大应力强度因子从7.995 1 MPa·mm^0.5下降到1.744 7 MPa·mm     

离散磁道式磁盘与磁头动力学接触有限元分析

基于Hertz冲击理论,采用有限元仿真方法,建立了无摩擦条件下离散磁道式磁盘与磁头接触的动力学模型,研究了磁头径向寻道速度固定、法向冲击速度变化时,磁道材料力学特性对磁盘接触力场特性的影响规律,研究结果表明:随弹性模量增大,最大接触面积减小,最大接触力、最大VonMises应力和最大等效塑性应变均增大;屈服强度对力场特性的影响与接触力场Von Mises应力大小有关,只有当磁盘最大Von Mises应力达到磁道材料屈服强度时,屈服强度变化才会影响磁盘的接触力场特性。     

高速列车制动盘制动过程的有限元模拟及表面划伤对应力场的影响研究

在高寒环境下高速列车制动盘由于外界硬质颗粒随着冰雪包裹进入制动盘和闸片而导致划伤是制动盘的主要失效形式,因此对制动盘的制动过程进行有限元模拟分析有助于辅助研究和解决制动盘失效问题,而针对数值模拟划伤的产生对制动盘制动性能的影响规律国内外鲜有研究。采用ABAQUS软件中的子模型技术研究了划伤位置、深度和缺口角度对铸钢制动盘紧急制动过程中的温度场及应力场分布的影响。研究结果表明:在相同的缺口圆角半径下(r=0.1 mm),对制动盘最大等效应力的影响程度为划伤深度划伤位置缺口角度。最大等效应力随着划伤深度的增大而增加,但在划伤深度一定的条件下,最大等效应力对缺口角度的敏感度较低。在划伤处于半径为247.5 mm,缺口角度为30°,当划伤深度为3 mm时,最大等效应力超过常温时制动盘材料的屈服强度。     

含局部减薄缺陷压力管道承载能力研究

局部减薄缺陷会降低压力管道的承载能力,影响管道的安全运行。通过应力强度评定、极限载荷分析及安全评定标准三方面对含局部减薄缺陷压力管道的承载能力进行系统研究,研究了缺陷尺寸(缺陷相对轴向长度,缺陷相对环向角度,缺陷相对深度)对许用载荷、极限载荷和安全评定载荷的影响规律。结果表明,在内压作用下,缺陷相对深度对管道的承载能力影响最大,缺陷相对轴向长度次之,缺陷相对环向角度的影响最小。对比分析发现许用载荷和安全评定载荷基本吻合,极限载荷值高于许用载荷值34.92%左右;许用载荷与安全评定载荷的比值会在一定范围内波动,存在缺陷尺寸相关性;极限载荷值与许用载荷值的比值和局部减薄缺陷的尺寸无关。相对于极限载荷,许用载荷、安全评定载荷是安全的,符合工程应用的要求。     

基础振动下液压管道主动减振研究

针对硬岩掘进机工作过程中产生的强振动影响液压管道工作性能的问题,应用双向流固耦合的原理,建立了基础振动下液压管道主动减振仿真模型,实验验证了仿真模型的正确性。以管道最大应力和最大位移为判据条件研究了主动激励参数对管道减振的影响,并得到了对管道减振影响的主次顺序。分析发现当主动减振激励与工作振动频率相等,幅值大小相等,相位角差为π,作用位置在管道中间时,管道最大应力减小22.2%,最大位移减小53.1%,此时的减振效果最好。该研究结果能为强振动环境下液压管道的减振设计提供一定的理论参考。     

基于最大Lyapunov指数对腐蚀深度的预测

油气管道随着服役时间的增加,因腐蚀引起的管道穿孔和断裂等事故隐患随之加大,对腐蚀管道进行可靠性预测具有重要作用.鉴于此,介绍基于最大Lyapunov指数对腐蚀深度预测及其评估方法,并利用茂名石化减压塔泵-28入口阀后的6号电阻探针测试的腐蚀深度数据,对腐蚀状况作了进一步预测.预测与评估结果显示:腐蚀深度误差均小于6%,平均误差为3.58%,预测精度较高,表明所提出的基于混沌理论的预测方法具有一定的合理性,能够为管道的维修和安全管理提供参考依据.