高压输电钢管塔柔性法兰承载性能的有限元分析

以某500 k V大跨越输电钢管塔用柔性法兰为研究对象,采用ANSYS软件建立了柔性法兰的三维有限元模型,考虑螺栓、法兰盘接触非线性,获得了轴向载荷下柔性法兰的应力和位移分布情况。通过分析载荷-位移曲线得到了法兰节点的承载力,并与试验结果进行对比,验证了有限元模型的正确性。改变柔性法兰的设计参数再进行有限元计算,得到了各设计参数对法兰节点承载力的影响规律,并据此给出了提高钢管塔柔性法兰承载力的有效措施。     

螺栓预拉力对柔性法兰连接节点刚度影响的试验设计

通过柔性法兰连接节点刚度的定义,研究了不同的螺栓预拉力在变电构架柔性法兰连接中的应用,分析了并设计了高强螺栓与高强度普通螺栓对法兰连接节点刚度影响的试验,指出了在试验设计时所需的注意事项.     

方钢管法兰连接承载性能的有限元分析

方管法兰连接的研究在国内几乎是空白,国内外的相关资料中也没有给出成熟的设计方法.在由屈服线理论推导得到的理论公式基础上,利用通用有限元软件ANSYS,分别对无加劲和有加劲方钢管法兰连接的承载性能进行了有限元分析,验证了理论公式的正确性与准确性.利用有限元计算结果,分析了螺栓个数n,法兰板厚度t以及螺栓边距参数η等参数对节点破坏形态和承载力的影响.提出如下设计建议：螺栓布置越接近钢管壁越好;提高无加劲和有加劲方钢管法兰连接节点承载力的最有效途径分别是增加螺栓个数和增加法兰板厚度;在无加劲法兰连接能满足承载力要求的条件下,应尽量避免采用有加劲法兰连接.     

钢管结构法兰连接节点抗弯承载简化设计方法

目的 提出法兰连接节点的抗弯承载设计方法,为实际工程中的法兰连接节点设计提供依据.方法 利用屈服线理论和简化的螺栓受力模型,得到分别由法兰板厚度控制和螺栓控制的法兰连接节点抗弯承载力,并力求综合两者,全面衡量法兰连接节点的受力特性.结果 根据屈服线理论得到的由法兰板厚度控制的弯矩承载力计算公式的结果,与有限元计算结果和试验结果进行比较,三者吻合较好,证明其具有合理性和良好的适用性;根据半T型连接模型得到的螺栓力计算公式,合理考虑了螺栓的撬力作用,并得到螺栓与法兰厚度等强时的法兰板厚度计算式.结论 最终得到了法兰连接节点全面的抗弯设计方法,提供了合理的设计流程,为法兰连接节点设计提供了一种有效途径.     

高强螺栓端板连接节点的非线性有限元分析

目的 研究高强螺栓对端板连接节点力学性能的影响．方法 采用有限元分析软件ANSYS，考虑螺栓数目、螺栓直径、端板厚度等影响因素，对高强螺栓端板连接中的外伸式节点进行三维非线性有限元分析．结果 螺栓数目、螺栓直径以及端板厚度对节点极限承载力都有不同程度的影响．8个螺栓的节点受力较为合理，比6个螺栓的端板连接的极限承载力提高近30％，能充分利用梁柱材料．端板厚度的变化影响节点的初始连接刚度，但对节点的极限承载力影响不大．结论 增大螺栓直径可以有效地提高节点的极限承载力．螺栓数目的不同影响节点螺栓的应力变化和各排螺栓屈服的先后顺序．端板厚度的增加在端板较薄时对节点的初始刚度影响明显．     

高强度螺栓与锥头接触比对锥头力学性能的影响

当螺栓直径小于锥头底板直径时,对锥头力学性能进行了研究,并考虑螺栓和锥头的共同作用.引入螺栓和底板的接触比对锥头力学性能的影响,研究螺栓和底板的不同接触比与锥头承载力和破坏形式的关系,并拟合出接触比与锥头极限承载力之间的函数关系,为锥头的安全应用提供依据.     

螺栓法兰连接系统的热应力场

利用有限元软件ABAQUS建立了螺栓法兰连接系统的实体模型,采用热结构耦合分析方法,研究了法兰公称直径为100 mm的螺栓法兰系统的温度场及其应力场,以及在预紧力和温度梯度操作条件下螺栓等效应力、轴向应力、径向应力和切向应力的变化关系.结果表明,温度场对螺栓轴向两端的应力影响较大,当内壁温度为100 ℃时螺栓头靠近法兰一侧的等效应力增加了250 MPa,螺栓上靠近法兰一侧的螺纹的等效应力增加100 MPa,而温度场对螺栓远离法兰一侧的螺纹的应力影响很小,说明设计时应重点考虑热应力对靠近法兰一侧的螺纹与螺栓头的影响.     

基于MonteCarlo法管道连接法兰泄漏概率计算

运用有限元软件Ansys对螺栓法兰接头进行模拟,得到了在预紧和操作工况下垫片的应力分布,计 算出不同内压工况下垫片的应力。采用MonteCarlo法在管道工作压力不断波动时进行可靠性分析,创建极限方程 并根据极限方程应用大型软件Matlab以变量的分布类型对变量进行反复随机抽样,计算出不同工作压力下螺栓法 兰泄漏的概率。分析结果表明,工作压力的波动产生的附加载荷对螺栓法兰泄漏会产生很大的影响,必须加以足够 的重视。     

带金属O型环法兰的密封性能有限元分析

借助有限元分析软件ANSYS,综合考虑了法兰各部件间的接触作用、螺栓预紧作用以及O型环的材料非线性,对一使用金属O型环密封的非标准法兰进行密封性能分析.参考ASME规范,校核了法兰的密封性能.进一步的计算表明:在一定条件下,O型环和法兰密封面间的最大接触压力与内压之间存在线性相关性.进而结合操作密封比压与内压之间的关系,可以得到法兰的极限内压.对于使用金属O型环密封的法兰连接结构,该研究能为法兰的优化设计与密封性能预测提供参考.     

确定垫片设计系数的简化方法及应用

基于螺栓法兰连接系统的载荷变形关系分析提出了确定垫片设计系数的简化方法,以不锈钢缠绕柔性石墨垫片实验结果计算绘制的ｙ ｐ图设计法兰,算例表明,按文中方法较现行规范更为合理和经济。     

波纹钢板纵向接缝高强度螺栓连接承载力研究

为研究波纹钢板纵向接缝高强度螺栓连接承载力,考虑钢板厚度、钢板面层是否热浸镀锌等因素,对波纹钢板连接试件进行静力拉伸试验,并设计同等条件下平板连接试件试验为对照组.从试件的破坏模式、纵向接缝的滑移荷载、极限荷载、滑移位移和极限位移等方面进行分析.研究结果表明:热浸镀锌对连接试件的极限荷载基本无影响;当连接试件发生孔壁承压破坏时,波纹连接试件极限荷载比同等条件下平板连接试件高12%～20%,两者极限位移相差不大;当连接试件发生螺杆剪坏时,两者极限承载力基本相同,平板连接试件极限位移约为波纹板连接试件的1.3～1.7倍.通过规范计算结果与试验结果的对比分析,建议波纹钢板纵向接缝高强度螺栓连接的承载力偏于安全地按JGJ 99—2015计算.     

非标法兰连接系统结构设计及应力分析

法兰、垫片、螺栓连接系统是压力容器及管道设计中的重要内容,同时也是工程设计及使用过程中容易出现问题的关键部位.由于工程应用需要,对公称直径为450 mm的非标管道法兰、垫片、螺栓以及阀门连接系统进行了设计,开发出膨胀石墨和0Cr18Ni10Ti两种材料覆合的新型垫片.同时,将该系统作为一个整体,考虑到法兰旋转、内压对法兰、垫片、螺栓以及阀门的受力与变形的影响,应用三维有限元技术,分析在螺栓预紧过程和加压过程中法兰连接系统的整体应力分布.结果表明,法兰、螺栓等的应力强度满足要求,垫片应力及残余压紧压力满足密封要求,设计的非标法兰连接系统结构合理,应力分布均匀,使用情况良好.     

铝合金板件不锈钢螺栓连接的高温承载性能分析

完成10个高温下铝合金板件不锈钢螺栓双剪连接试验,考虑芯板尺寸、盖板尺寸和螺栓规格的影响,试验温度分别为20、200和300℃,研究抗剪连接的破坏模式、变形性能和极限承载力.试验结果表明:温度会影响抗剪连接的破坏模式.采用ABAQUS建立数值分析模型,得到的数值分析结果与试验结果吻合良好.进一步研究温度、芯板宽度、芯板厚度、螺栓直径和螺栓端距等参数对连接承载力的影响,拟合得出铝合金板件不锈钢螺栓抗剪的高温承载力计算公式,并将拟合公式与试验结果进行对比,验证公式的有效性.     

交错孔洞平板螺栓连接有限元研究

为验证现行交错孔洞平板螺栓连接受拉极限承载力计算方法(等面积法及s2/4g法 )的准确性,使用ABAQUS的C3D8I单元建立了交错孔洞平板螺栓连接的有限元模型,并利用试验结果进行了验证.利用验证后的模型,进行了参数分析.参数包括孔洞横向间距、孔洞纵向间距、连接几何模式及螺栓的预拉应力.有限元结果表明当交错孔洞平板连接的孔洞纵向间距小于某一限值时,s2/4g法预测的受拉极限承载力与有限元结果符合得较好,优于等面积法;然而大于这一限值后,等面积法及s2/4g法预测值明显高估了有限元预测的极限承载力.基于有限元及理论分析,提出了一种修正s2/4g法,利用其得出的预测值与有限元结果符合得较好.     

大跨越输电塔螺栓和法兰连接的有限元分析

以某大跨越输电塔工程为背景,利用ANSYS三维有限元分析软件建立了大跨越输电塔上螺栓和法兰连接的三维有限元模型.在考虑非线性接触的基础上,通过螺栓和法兰连接的接触问题在ANSYS中的实现,分析了螺栓和法兰连接在承受风载荷情况下的强度问题,对ANSYS在螺栓和法兰连接接触模拟方面的实现具有借鉴意义.     

两边连接双层钢板剪力墙承载力性能研究

采用有限元软件ANSYS对上端简支、下端固定的双层钢板剪力墙进行静力荷载作用下的分析,研究了钢板厚度、混凝土厚度、跨高比、螺栓间距等因素对极限承载力的影响。结果表明,适当的混凝土板厚度,能有效的阻止钢板的侧向屈曲,对提高剪力墙的极限承载力存在有利影响;钢板的极限承载力随钢板厚度和跨高比的增大而增高,随螺栓间距的增大而降低,选取合适的材料厚度和尺寸对双钢板剪力墙在结构中的应用有重要的意义。     

异形钢管混凝土组合柱-钢梁顶底角钢连接节点抗震性能研究

为研究异形钢管混凝土组合柱-钢梁顶底角钢连接节点的抗震性能,对节点试件进行低周往复荷载试验及ANSYS非线性有限元分析.结果表明:破坏源于节点区钢梁翼缘屈曲,顶底角钢屈服形成塑性铰,节点产生大转动变形;各试件滞回曲线较为饱满,呈倒“S”形,延性系数均大于2.55,节点具有较好的耗能能力;角钢厚度、高强螺栓直径对节点承载力和变形能力影响显著,增大角钢厚度及高强螺栓直径,节点延性系数略有降低,但极限承载力明显提高;有限元节点应力分布及破坏特征与试验现象基本一致,屈服承载力、极限承载力有限元计算值与试验值吻合较好;轴压比对节点抗震性能影响较小,相较于螺栓性能等级,钢材强度等级对节点刚度及承载力影响更为显著.     

高温法兰连接系统温度场的有限元分析

利用有限元软件ANSYS创建法兰连接系统的三维温度场模型,建立螺栓、法兰、垫片间的接触对.设置边界条件及对流传热系数,研究了500 ℃高温条件下炼化装置中法兰连接系统的温度场及热流,并分析了法兰、螺栓、螺纹、螺母、垫片、空气柱的温度分布规律及具体温度值.结果表明:法兰温度从内壁面到外壁面逐渐降低,靠近螺母端外侧温度最低为334.952 ℃;螺栓温度从两端到中间呈现为先增大后减小的规律,螺栓内外侧温差最大值在螺栓的两端;垫片温度沿周向变化很小,垫片温度沿径向由内到外呈线性减小;上、下两段空气柱的温度关于垫片中面对称分布,靠近垫片端内侧温度最高.     

预埋螺栓受力性能试验研究与理论分析

为了揭示吊装配件在混凝土中的锚固性能和受力情况,保证吊装施工安全,考虑混凝土强度、埋深以及边缘距离等因素的影响,对预制构件中的吊装、支撑预埋螺栓进行抗拔、抗剪试验研究,通过24个试件12组试验,对预埋螺栓的破坏形态、极限承载力等力学性能进行了全面分析研究.试验结果表明:在拉拔荷载作用下,混凝土破坏形态包括锥体破坏和侧锥体破坏,锥体破坏角度约为40°;剪切荷载作用下,混凝土破坏形态为边缘剪切破坏.混凝土强度、埋深及边缘距离等对预埋螺栓的破坏形态和极限承载力均有不同程度影响.在试验研究的基础上,基于混凝土破坏双剪应力三参数准则和ACI318—05规范,推导了不同破坏形态预埋螺栓承载力理论计算公式,与试验结果对比表明,公式具有良好的精度,可供工程设计人员参考.     

按弹塑性工作原理推导木结构螺栓连接计算公式的基本原则(续)——兼复〈对《木结构螺栓联结工作原理及计算公式》一文的意见〉

本文按弹塑性工作原理分析木结构螺栓连接变形发展的不同阶段,依此定义螺栓连接的极限状态;根据极限状态的平衡条件和变形条件确定沿螺栓长度的承压应力分布图形;按具有代表意义的单剪连接取脱离体分析,并采取必要和允许的近似.导得螺栓弯曲承载力计算公式.与此同时阐述了《工作原理及计算公式》一文与《简化计算法》和《推导和讨论》二文在上述同题中所存在的分歧,以及由此而产生的研究结果上的差异.