板式塔盘降液板加强筋优化设计研究

基于板式塔主要支撑结构的降液板对整个塔内结构件静、动态性能的关键作用,针对降液板的类型与多个载荷受力,建立板式塔盘降压板在操作工况下的有限元模型并对其结构强度进行分析,提出采用增加加强筋提高降液板顶板整体刚度的方法。采用拓扑优化方法对降液板加强筋的分布位置和数量进行讨论,并比较加强筋板厚度和高度对降液板顶板刚度的影响。     

大型转盘式干燥机组合拉撑圆盘结构强度分析

针对大型转盘式干燥机组合拉撑圆盘结构,采用有限元分析法对2种由棒材和管件构成的组合拉撑圆盘结构进行了强度分析,结果表明2种组合拉撑形式的圆盘结构均能满足强度性能要求,而且具备一定的安全裕量。对2种组合拉撑圆盘结构应力的比较表明,当内圈为管件拉撑和外圈为棒材拉撑时,圆盘结构受力更佳。探讨了棒材和管件外径比对组合拉撑圆盘结构强度的影响,结果表明圆盘结构应力随着外径比的增大而下降,同时危险点由盘片与棒材连接处转移至盘片与管件连接处。研究结果可为组合拉撑圆盘结构设计提供参考。     

基于有限元法的矩形灭菌器应力分析与优化设计

使用有限元方法对矩形灭菌器进行应力分析,在满足强度要求和稳定性的前提下,通过ANSYS有限元参数化语言APDL对灭菌器结构的腔体厚度、加强筋厚度、加强筋高度、加强筋宽度、加强筋个数及腔体倒圆角度数6个参数进行了优化设计计算。模拟计算结果表明,优化后灭菌器质量减少了30.18%,达到了设计的经济性要求,此结果可为生产制造提供一定的依据。     

双头单螺杆泵定转子啮合转动仿真研究

为了提高双头单螺杆泵的工作效率和使用寿命,研究了结构参数对其工作效率及使用寿命的影响。基于橡胶Mooney-Rivlin双参数模型理论,考虑橡胶衬套材料具有非线性变形特性、内压及转子惯性对橡胶衬套的作用,建立了双头单螺杆泵一个导程的定转子三维啮合模型,分析了过盈量、偏心距对螺杆泵定子衬套应力和摩擦阻力矩的影响。数值模拟结果显示,偏心距选择7.5 mm时,过盈量由0.2 mm增加到0.6 mm,螺杆泵摩擦阻力矩从88.52 N·m增大到466.51 N·m,衬套应力峰值由1.4 MPa增加到1.8 MPa;而过盈量取0.4 mm时,偏心距由7.3 mm增大到7.5 mm,摩擦阻力矩从240.00 N·m仅增加到264.77 N·m,衬套应力峰值由1.28 MPa增加到1.62 MPa。这表明,合理搭配过盈量和偏心距可以提高螺杆泵的工作效率和使用寿命,为螺杆泵设计及结构参数优化提供了理论依据。      

井字梁加强筋圆形平盖设计计算

常压容器平盖在化工储罐中被广泛应用,设计时设置一定数量的加强筋能够起到增加截面惯性矩的作用,可减少平盖厚度从而大幅降低制造成本,常见带加强筋的圆形平盖结构及其计算方法已经成为相关行业标准的重要组成部分。针对尺寸超出标准系列范围的大直径常压容器,基于井字梁力学模型提出了一种带加强筋圆形平盖的设计思路及计算方法。此计算方法包括加强筋的应力计算、顶板厚度计算和应力校核,可为相关设计者解决实际问题提供参考。     

高钢级螺旋焊管成型应力有限元数值研究

采用三维有限元对高钢级螺旋焊管成型过程的应力分布进行了计算,在此基础上研究了不同钢级、不同壁厚螺旋焊管成型内辊下压量以及成型后应力。结果表明:钢高级螺旋焊管成型后应力在管体分布不均匀,除了自由边及其附近的环向应力,成型后内表面的轴向和环向应力呈压应力分布,外表面的轴向和环向应力呈拉应力分布;板材在弯曲成型过程中,处于三辊弯板区域的成型内辊下方时,成型等效应力最大,经过成型辊后板材发生回弹变形,内外表面等效应力大幅减小,中间部位等效应力略有减小,在经过外控辊时,等效应力不发生明显变化;随着钢级的提高,相同管径的螺旋焊管合适的成型内辊下压量随之增加,不同钢级螺旋焊管成型后内外表面递送边的环向应力都随钢级升高而增大;随着成型板厚度增加,合适的成型内辊下压量减小,递送边的环向应力随厚度增加而减小,轴向应力随板材厚度变化不大。研究成果可为制造低残余应力、高质量螺旋焊管提供借鉴参考。     

石油钻井工具用非标碟簧力学特性研究

石油钻井工具常使用非标碟形弹簧缓冲振动,基于大变形弹塑性理论,使用有限元法分析了118 mm非标碟簧在加载过程中的力学特性。分析结果表明,随碟簧压缩位移增加,VonMises应力、周向应力、轴向应力、轴向变形量、周向变形量和厚度t轴向变形量呈非线性增大趋势。压缩位移小于2.5 mm时,碟簧未出现塑性变形;压缩位移为2.5 mm时,周向应力、轴向应力、轴向变形量和厚度t轴向变形量剧增,且碟簧发生塑性变形。对碟簧进行了刚度试验,压缩位移小于0.47 mm时碟簧刚度约为0.66 kN/mm,压缩位移大于0.47 mm时碟簧刚度值约为2.74kN/mm。结合数值模拟结果,建议单片碟簧的工作载荷应小于6.02 kN。该项研究结果表明,有限元法和碟簧刚度试验测定相结合,可以分析非标碟簧的工作力学特性,确定非标碟簧的最大工作载荷,为其科学使用提供依据。     

WSA湿法制酸装置蒸汽过热器结构分析优化

利用ANSYS软件对某公司WSA湿法制酸装置中的蒸汽过热器及其支撑结构建立了设备整体结构的有限元数值模型,并对壳体壁板、过程气进出口、支腿及加强筋进行了应力强度评定。评定结果发现,蒸汽过热器支腿、加强筋及壳体的竖向强筋应力校核不合格。主要原因分析:设备质量为3 050 kg,管线外载荷在重力方向的合力为17 621 N,即支腿需承受质量约5 000 kg的重力方向载荷;同时,过程气进出口还承受水平力及弯矩作用,使设备支腿受力进一步增大。针对上述原因采取了如下措施:将原槽钢规格加大为360 mm×100 mm×13 mm,竖向加强筋改为扁钢150 mm×16 mm,通过设置壁板横向加强筋,增大横向加强筋及支腿槽钢的规格。结构优化后对设备重新进行分析计算,应力评定结果全部合格。     

旋风除尘器切向矩形开孔部位的应力分析与强度评定

利用有限元软件ANSYS Workbench对切向矩形开孔旋风除尘器的受力进行研究,分析比较了矩形接管未经加强和矩形接管经加强筋加强后两种情况下开孔接管部位的应力分布以及变形情况,并采用线处理法对应力进行均匀化和当量线性化处理,依据JB 4732—1995进行应力分类和校核。结果表明:经加强筋加强后的旋风除尘器在开孔接管部位的变形明显减小,应力分布更加均匀;与未加强结构相比,最大等效应力由609.75 MPa降为434.6 MPa,有效降低了应力集中程度,结构强度得以提高,可满足强度要求。研究中,加强筋的设置方式能有效提高矩形开孔接管部位的结构强度,可为压力容器切向矩形开孔结构的加强设计提供参考。     

不同应力状态下膨胀管力学性能试验研究

通常膨胀管在变形后壁厚不均匀度、管体弯曲程度会增加,导致膨胀管的抗拉、抗挤毁等力学性能下降。利用网格法分析了不同应力状态下膨胀管在膨胀过程中的金属塑性流动过程,并通过室内试验进行了对比研究,详细分析膨胀过程中的宏观现象。结果表明,残余应力会增加膨胀管塑性变形力,使膨胀过程困难,膨胀后管体弯曲变形严重;处于应力状态的膨胀管膨胀后管体网格在一侧堆积,表明金属塑性流动过程沿轴向不均衡。     

大直径管板堆焊变形模拟及控制

大直径碗形管板相对厚度较薄,在带极堆焊时容易产生浅锅底状的焊接变形。采用有限元分析软件模拟了某合成反应器管板带极堆焊时的变形量,模拟结果显示,管板中心部位的变形量最大,达到30mm;管板边缘变形量最小,约5mm。根据模拟得到的变形量,采用堆焊前管板预留30mm凸面的方法控制管板堆焊变形,带极堆焊完成后测量堆焊层平面度并进行油压机校平,校平后管板的不平度控制在5mm以内,符合图样技术条件规定,有效保证了管板堆焊后的平面度及最终成型尺寸。     

钛合金厚板焊接接头残余应力测试

采用局部逐层对称剥削材料盲孔法对51 mm厚钛合金Ti80板焊接接头残余应力进行了测试,并系统研究了其三维残余应力分布特征。结果表明,局部逐层剥削材料盲孔法能有效测量大厚度焊接件焊接接头的内部残余应力,并能准确反映大梯度变化应力状态。钛合金焊接接头,沿垂直焊缝方向在距焊缝中心-10~10 mm范围内,具有较高拉应力,应力值集中在500 MPa左右,且拉应力峰值出现在上表面距离焊缝中心10 mm位置;沿厚度方向距焊缝中心-10~10 mm范围内,为拉应力,表层应力普遍大于内部应力。在远离焊缝位置沿厚度方向为压应力,应力值为200~680 MPa,且峰值出现在距离上表面5 mm和焊缝中心20 mm位置处。     

板翅结构应力分析

对板翅结构的翅片和隔板应力计算进行了理论分析,并用有限元法软件ABAQUS对理论计算公式进行了验证和修正,得到了板翅结构应力计算公式,为工程快速设计提供了方法。计算结果表明,翅片应力与翅片内距和翅片厚度的比值(a/δ)呈线性关系,与隔板厚度、翅片高度以及弹性模量等参数无关。隔板应力与翅片内距和隔板厚度的比的平方(a2/b2)呈线性关系,与翅片高度以及弹性模量等参数无关。     

基于SOLIDWORKS和COSMOSWORKS的极板有限元分析

极板的实体建模和有限元分析对其结构优化和性能改进十分重要。文章以微电阻率扫描成像中使用的极板为例,当极板底盖为2．6mm厚时,其最大应力与应变均不满足设计要求。通过增加加强筋后,其最大应力满足了设计要求,这恰好与实际试验结果相一致。与此同时,再适当增加厚度,其安全系数就更高,优化结构明显。通过这一实例说明有限元分析软件在机械设计中所起到的指导作用。     

管板厚度对挠性薄管板温度场及应力场影响的有限元分析

针对某余热锅炉的挠性薄管板，分别建立不同管板厚度的有限元模型进行温度场分析和应力分析。温度场分析结果表明，管板厚度变化主要影响管板布管区的温度分布。随着管板厚度的增加，管板布管区在管程侧表面的金属壁温将持续升高，管板布管区两侧的金属壁温差也将不断增大，从而引起管板布管区的金属表面可能出现超温现象。此外，Ps工况和Ps+ΔT工况下的应力分析结果表明：管板厚度的增加主要影响管板非布管区内的弯曲应力值，对管板其他部位(包括管板周边圆弧过渡段处)的应力水平影响则较小；Ps工况下，管板厚度的增加使管板非布管区内的弯曲应力显著降低；而Ps+ΔT工况下，管板厚度的增加则将使管板非布管区内的一次加二次应力明显减小，但其影响程度随着管板厚度的增加而不断减弱。     

多参数对T型焊接接头残余应力的影响研究

为了研究多参数对T型焊接接头残余应力的影响,运用ANSYS有限元分析软件对手工电弧焊T型焊接接头进行焊接数值模拟,分析不同参数变化对于接头残余应力的影响规律。研究结果表明:焊接结构的残余拉应力随焊缝长度的增加而增加,随腹板厚度、底板厚度的增加而减小;焊接速度对于焊接结构残余应力也有较大影响,在靠近焊缝中心位置,焊接速度越快产生的残余拉应力峰值越小。     

催化裂化装置再生器旋风分离器失效原因分析及改进措施

前郭炼油厂蜡油催化裂化和重油催化裂化装置再生器内的旋风分离器，由于壳体和顶板厚度较薄、加强筋板数量少且厚度较薄，在高温下长时间运行，材质强度降低，致使顶板变形、筋板被拉断、顶板与筒体焊缝被拉裂等，造成催化剂跑损，催化剂单耗高，烟机静叶片磨损严重，非计划停工次数增多，经济损失严重。经对旋风分离器实施改进后，收到了十分明显的效果     

增加工艺减薄量有关问题的思考

在设计中考虑封头加工成型减薄量而增加板厚时,会出现增加板厚许用应力反而下降的问题,封头成型后的最小厚度不能满足强度要求。本文阐述了材料力学性能随板厚范围变化的问题。当封头设计厚度处于相应材料厚度临界值时,设计人员应适当增加最小设计厚度,工艺人员应考虑尽量减小成型减薄量,以保证封头成型后的最小厚度仍能满足强度要求。     

中短半径水平井弯曲井段套管受力分析

套管柱在高井眼曲率的水平井弯曲井段将产生较大弯曲应力和较大的径向变形，有可能导致强度破坏和变形失稳。为了研究套管在弯曲载荷作用下的应力分布及变形情况，采用三维实体单元，运用有限元方法建立了中短半径水平井弯曲井段套管的计算模型，分析了三种不同外径尺寸的套管在一定围压和不同弯曲载荷作用下的最大径向变形量和最大等效应力值，并分析其随井眼曲率的变化规律。计算表明，井眼曲率增大，弯曲井段套管的径向变形和应力也随之增大；同一井眼曲率下，外径较大的套管，径向变形和应力也较大。通过研究，对高井眼曲率下中短半径水平井弯曲井段套管柱强度设计提供了理论依据。     

加热炉壁板加强效应的分析对比研究

目前炼油加热炉常用加筋板形式较为多样,加强筋布置方式也不够统一.文章利用理论计算方法与有限元分析方法,对扁钢加筋板、角钢加筋板、T型钢加筋板、槽钢加筋板等4种常用形式的加筋板进行静态力学性能的对比研究.通过对比不同形式加筋板在抗弯刚度、刚度质量比、壁板应力、加强筋应力等方面的计算结果,找到适用于炼油加热炉用加筋板的加强形式,优化加强筋布置,获取结构可靠、用料经济的设计方案.