管道及支耳的补强研究

针对石化企业中常用的管道和支耳问题,采用有限元分析方法,对它的应力状态进行数值分析。研究了补强板对管道在应力集中区域应力分布的影响,并指出了补强板的几何尺寸对补强效果的影响。     

基于ANSYS的隧道内输气管道应力分析

隧道内的弯管处通常是应力集中的地方,使得管道处于危险甚至失效状态。为了研究隧道内弯管在不同情况下的受力,利用有限元分析软件ANSYS建立弯管的有限元模型,明确了隧道内垂直L型和Z型弯管的应力分布情况和应力集中点。研究结果表明:在试压和运行状态下,弯头处所受的应力最大,管道内压是引起管道应力的主要因素。隧道内管道最大应力随管道半径的增大而逐渐增大,呈近似线性关系。不同形状的弯管结构分布会对弯管的应力分布产生影响。L型弯管的最大应力随两臂长的增加先增大后减小,Z型弯管的最大应力随相互平行的两弯管的增大而逐渐增大。     

基于有限元分析的复合修复技术及其应用

缺陷的存在会降低管道的强度,使管道的安全运行产生隐患。限于财力、人力、物力,不可能也不必要对所有超标缺陷管道进行更换,因此需要进行修复。本文应用复合材料基本力学理论对复合材料缠绕缺陷管道的基本力学性能进行分析,结合试验数据计算出碳纤维复合单向复合材料的性能参数;并根据管道缺陷处的最大等效应力计算复合材料补强参数(补强厚度,补强宽度),由相应补强参数计算复合材料补强层整体主方向弹性常数,建立用复合材料修复补强缺陷管道的力学模型,进行实例计算,对比补强前后管道缺陷处的应力分布,得到结论。     

输油管道补板焊接修复结构有限元分析

补板修复是一种常用的输油管道焊接修复技术,焊接过程中不可避免的会产生残余应力,在应力水平较大处,管道易发生失效。基于有限元法,采用顺序耦合的方法和随温度变化的材料参数,运用有限元分析软件MSC.Marc,以管道穿孔后补板修复为例,分析了补板焊接修复过程应力、温度场的分布情况和随时间的变化规律。结果表明:冷却后补板和补板周围的残余应力最大,残余应力主要由焊接热循环引起,管道内压对残余应力的影响很小。     

基于有限元法的二甲苯吸附塔底封头补强设计及应力分析

利用ABAQUS分析软件建立了二甲苯吸附塔整体的三维有限元模型,分析了扩能改造后吸附塔在操作工况下的整体应力分布,发现底部封头局部应力过高,易发生强度失效。因此,提出在底部封头与中心管连接的支撑区域外壁加设环形补强板进行补强,并通过有限元分析对比了不同厚度补强板的补强效果。结果表明:采用的补强板结构能有效减小底部封头应力水平,应力分布得到改善,各部分应力强度评定均合格,为二甲苯吸附塔的工程改造提供了依据。     

喷嘴洗涤器弯头开孔结构有限元分析及强度评定

由于弯头开孔结构无法按常规设计方法进行开孔补强计算,故对弯头接管开孔区域建立了三维有限元力学分析模型。利用三维实体模型,真实地模拟了特殊结构的形状、载荷分布、边界条件,计算出最接近真实状况的应力分布情况;根据有限元分析结果,按JB4732-1995《钢制压力容器——分析设计标准》进行了应力强度评定,为详细工程设计提供了弯头开孔补强计算方法。     

大型风力机叶片腹板根部形状研究

叶片腹板根部形状不同,造成腹板应力分布也不同,特别是对于薄弱部位还可能因为应力叠加引发叶片破坏.本文主要研究不同腹板根部形状对腹板根部危险区域应力分布的影响,并将腹板根部切除形状的比例系数定义为C型结构形状因子F,然后对C型结构形状因子分为三种情况进行讨论,结合有限元分析结果和现场的挂机结果,确定腹板根部的最优形状.     

接管及补强结构在外载荷下的弹性应力

对6台不同d/D比的圆筒形压力容器进行了接管外载荷作用下的试验研究,考察开孔-接管区的变形及其应力分布。结果表明,孔边的应力集中具有明显的局部性,补强圈补强结构有效地改善了筒体-接管区的应力分布情况,横向截面为危险截面。     

补强圈与容器壳体间的接触行为

在压力容器开孔补强的薄壳理论分析中 ,通常假设在补强圈与容器壳体之间没有接触 ,其间的接触力对于结构应力分布的意义和影响尚不清楚。由有限元分析得出的应力分析结果 ,其中就包括了这种接触力。有限元结果与试验数据的比较表明有接触假设的有限元方法 ,对于应力场分布能够产生更好的理论预测。同时对补强圈与容器壳体之间的间隙变化影响以及不同开孔率对接触的影响也作了探讨     

不停输带气开孔补强结构的应力分析

在天然气管网的改建中引入了不停输带气开孔工艺。为了保证开孔接管处的强度,应对开孔处进行开孔补强研究。应用有限元软件ANSYS对不同主管尺寸和不同开孔率下的带气开孔结构进行了应力分析,得到开孔处的应力分布情况。利用分析设计标准JB 4732—1995对带气开孔补强结构进行了强度评定。结果表明,随着主管尺寸和开孔率的增大,带气开孔结构最大应力增大。带气开孔补强结构满足分析设计标准JB 4732—1995的强度要求。     

基于ANSYS的埋地热油管道弯管附近应力失效研究

研究了埋地热油管道在结构-热耦合应力作用下失效原因及锚固墩位置对其应力的影响。采用ANSYS对埋地热油管道进行应力模拟计算,得出在结构-热耦合应力作用下管道弯管处当量应力分布情况,并对不同角度的弯管进行结构-热耦合应力对比分析,得出不同角度弯管位置的应力数值,绘制变化曲线。同时改变弯管附近锚固墩位置,计算得出弯管处应力变化云图。结果显示,弯管处的最大当量应力随着角度的增加而逐渐减小,且调整锚固墩位置可进一步消减管道处最大当量应力,为防止埋地热油管道泄漏事故发生提供理论依据。     

接管壁厚变化对圆柱壳开孔接管应力集中系数的影响

在接管补强设计中,随着接管壁厚的增加,可作为补强的截面积也会增加,若只增加接管壁厚来满足开孔补强要求,对开孔局部应力的分布会产生一定的影响,JB4732-1995(2005确认)附录J是基于弹性薄壳理论的内压圆柱壳开孔接管补强的分析计算方法。基于此方法,本文运用ANSYS有限元软件建立壳体单元模型和实体单元模型,对接管与筒体连接部位的实际应力分布进行分析,通过计算结果比较发现,在同一开孔率的条件下,单一增加接管壁厚,应力集中系数会随着接管壁厚的增加而降低,实体有限元模型与实际结构相符,能够真实地反映出该结构的实际应力分布状态,不受薄壳理论解的条件限制。     

压力管道焊接热影响区裂纹扩展研究

如今压力管道几乎都是焊接结构。由于焊接工艺不当或材料选择的问题,在管道投用的过程中,管道被焊接的部分常常会产生各种不同的焊接裂纹缺陷。再加上内部压力的影响,可能会使得这些裂纹的扩散速率加快,最终可能会导致管道破裂。管道焊接时会存在一种焊接残余应力,焊接应力是焊接过程中焊件体积变化受阻而产生的,当已凝固的填充金属在冷却过程中,因垂直焊缝方向上各处温度差较大,高温区金属收缩会受到低温区金属的拘束,致使两部分金属中均引起内应力,这种力会随着裂纹的走势和形状产生不同的影响,并且与裂纹所处的位置也有着很大的关系,通常在焊缝两侧200～300mm以外就基本不会存在残余应力。总之,这种局部效应对钢材会带来很大的危害,且可能会使裂纹迅速的扩散。因此,必须对管道的焊接残余应力进行分析,尽可能降低焊接残余应力,从而采取合适的措施控制裂纹扩展的速率,确保管道的正常运行。本文主要探讨压力管道焊接热影响区裂纹扩展,希望给相关人士带来一定的帮助。     

胶瘤在胶接结构中应力分布的作用

对胶接结构中的胶瘤效应进行了综述,阐明了胶瘤能明显降低胶接结构中的应力峰值及位置,胶瘤的几何形状及材料属性的不同也会影响应力分布。胶接结构设计时,可以制作不同几何形状的胶瘤或人为制作其他材料的胶瘤来改善胶接结构的力学性能,提高结构的整体承载能力。     

补强管过渡段有限元应力分析

整体补强是压力容器开孔补强一种常用的方式,对于压力较高的容器经常采用锻管作为的型式进行整体补强,补强管的补强段往往比较厚,而到了与法兰焊接的部分就需要满足法兰连接的要求,往往会比补强段薄很多,所以补强管需要削薄,削薄段即为补强管的厚段到薄段的过渡段,过渡段角度大则形状变化剧烈,应力大,过渡段角度小,需要的锻管很长,且管口伸出很长,本文对渤中油田燃气缓冲罐的人孔补强管进行了有限元分析,对比不同角度下过渡段的应力情况。     

长输管道∏形补偿器的应力场分析

∏形补偿器是石油天然气长输管道建设中结构较为特殊的组成部分,补偿器能够吸收由于管道形变而产生的应力,因此,对长输管道的安全运行起着重要的作用。但管道补偿器在发生弹性形变时的应力场变化较为明显,对其结构本身安全性造成一定影响。通过建立∏形补偿器的有限元力学模型,研究当管道受到轴向应力变化时,管道补偿器应力场的变化规律。分析了采用不同形状参数的补偿器,当受到相同轴向形变影响时,补偿器应力场的变化情况。通过研究发现,补偿器弯管的曲率半径和外伸臂长度对补偿器的应力场影响均存在一定的规律性,根据研究结果,可在实际的施工建设当中对∏形补偿器的结构参数进行优化分析。     

长输石油管道盗孔修复强度分析

在众多管道失效形式中,长输石油管道盗孔现象尤为普遍。这些被打孔盗油的管道需要修复或者更换。尽管目前管道修复提倡采用非焊接的方法,但这类非焊接的修复方法只适用于管壁未穿透的缺陷。在管壁被穿透的情况下,只能采用焊接的方法修复。现场焊接修复打孔管道的方式有两种：接管和补板。运用ANSYS软件对两种修复方法进行有限元分析,结果表明,接管或补板的存在使管道修复结构应力分布不均匀,出现了一定的应力集中;两种修复结构整体的极限裁荷相近。文章给出了两种修复结构中,不同结构尺寸对于修复结果的影响,并且提出了修复建议,对于实际打孔管道修复有一定的参考价值。     

不锈钢钎焊U型管板接头分析

采用拉伸试验对304不锈钢管板进行结构强度测试,同时使用扫描电镜方法探析了钎焊接头的内部结构以及力学特征。通过有限元分析软件ANSYS分析了真空钎焊接头的残余应力及应力分布情况。研究后发现,管板连接处往往会出现应力集中现象,通过有限元分析可以得到管板连接处残余应力的分布规律。     

基于有限元法的非对称管壳式换热器管板分析

非对称管壳式蒸发器是低温余热发电的核心设备,在近年来应用越来越广泛。为了研究非对称管壳式蒸发器管板的应力分布情况,通过有限元法对蒸发器建立了合理的三维模型。通过计算蒸发器在设计工况下的三种不同载荷,得到管板的应力分布情况。最后,根据管板的应力分布情况,分别对管板的设计、制造和检验提出了合理的建议。     

炭黑对硫化胶基本性能定伸应力的影响

炭黑聚集体的形状与结构直接影响硫化胶的重要物理性质—定伸应力,就从炭黑对橡胶的补强理论出发,结合炭黑生产实践,从炭黑的生产过程控制,原料的选择以及工艺的调整对炭黑聚集体的形状与结构的影响进行了讨论,并提出了解决办法。