深水结构物监测耐压壳体的密封结构设计

在工作水深不低于1 000 m、静水压力为15 MPa,温度-18～70℃的条件下,设计了深水结构物监测耐压壳体的密封结构,包括该耐压外壳与上端盖的密封结构设计。首先对耐压壳体的材料、结构进行设计,对耐压外壳的稳定性进行校核计算,从理论上验证了结构、尺寸的可靠性。结合所设计的壳体结构,对O形圈的密封性能进行了理论计算和有限元分析,两者的结果基本一致,表明该耐压壳体的密封结构设计合理。     

带加强圈外压柱壳的稳定性分析

采用有限元软件ANSYS对柱壳使用8种不同结构加强圈时的稳定性进行了线性特征值屈曲分析和非线性屈曲分析,给出了带加强圈外压柱壳的失稳模态和载荷位移曲线。结果表明,两种分析方法虽存在一定误差,但其分析结果有相同的变化趋势,设计时可先利用线性特征值法优选加强圈,然后采用非线性方法对柱壳进行详细的稳定性分析。在角钢、T型钢、扁钢、半圆环壳和Ⅱ型钢等8种加强圈中,T型加强圈对柱壳的加强效果最好。安装加强圈时,应尽量使加强圈的形心轴远离容器器壁。     

含初始缺陷不锈钢柱壳的多模态屈曲特性

以海洋平台圆柱壳桩腿为研究对象,研究不锈钢柱壳在受到局部腐蚀和未受到腐蚀两种情况下的屈曲特性,其中用柱壳局部区域均匀减薄模拟桩腿腐蚀。对一组未减薄的完好柱壳和一组经过减薄加工的腐蚀柱壳进行初始缺陷测量、轴压试验和数值分析。通过试验获得柱壳临界屈曲载荷。对柱壳进行线性屈曲分析,得到柱壳前50阶模态缺陷和屈曲特征值。采用Riks弧长法对赋予初始缺陷幅值的柱壳前50阶模态缺陷进行非线性屈曲分析,得到柱壳的平衡曲线、临界载荷。在此基础上,研究初始缺陷对受到局部腐蚀和未受到局部腐蚀不锈钢柱壳屈曲的影响,并在多模态缺陷条件下对其最差阶模态进行探究。结果表明：与未受到腐蚀的柱壳相比,受到腐蚀的柱壳对初始缺陷的敏感性更低,对不同模态缺陷的敏感性更低;对于未受腐蚀的普通不锈钢柱壳而言,最差的模态缺陷并不是通常认为的第1阶,也有可能出现在高阶模态中。     

外压波纹管的稳定性分析

本文采用有限元法对承受外压的波纹管进行线性屈曲分析和非线性屈曲分析,以研究波纹管拉伸位移、结构参数及初始缺陷对波纹管屈曲的影响,并在此基础上进行波纹管线性屈曲分析和非线性屈曲分析的对比。结果表明:波纹管线性屈曲载荷随拉伸位移先增大后减小,随波形参数增大而减小;波纹管非线性屈曲载荷几乎不受缺陷因子的影响,且小于线性屈曲载荷。其结果对工程实践具有一定参考价值。     

200m^3氮气球罐结构优化设计

介绍了北京东方石油化工有限公司搬迁改造工程中200m^3事故氮气球罐的工程设计。在满足该球罐的工艺要求及设计规范要求的情况下,对球壳的材料、球壳的结构、接管补强结构及支柱结构等进行了优化设计。     

基于耦合载荷作用下的圆柱壳动态屈曲研究

研究了弹塑性圆柱壳在径向均布压力和扭转冲击载荷耦合作用下的动态屈曲问题,并采用ANSYS有限元方法对承受耦合载荷的圆柱壳进行了非线性屈曲模拟的计算。给出了圆柱壳在承受耦合载荷作用下的屈曲模态,分析比较了径向内、外压对圆柱壳扭转屈曲的影响。     

外压作用下夹层管复合结构屈曲传播分析

深海巨大的静水压力容易引起管道的局部屈曲失稳。针对外压作用下的深水夹层管复合结构屈曲传播问题,采用ABAQUS非线性有限元软件建立了含初始缺陷下夹层管三维非线性准静态屈曲传播数值模型,得到屈曲传播过程中夹层管的屈曲变形形态,并在此模型基础上针对夹层管屈曲传播性能进行了广泛的参数敏感性分析。计算结果表明:初始缺陷大小主要影响夹层管屈曲失稳压力,而对屈曲传播压力无明显影响;增强夹层管层间粘接特性能够显著提高管道抗变形能力,增大屈曲传播压力;夹层管几何尺寸参数及材料力学特性对夹层管屈曲传播性能有显著影响。研究结果对于石油夹层管道的优化设计具有一定的参考意义。     

动态载荷作用下UGS管柱非线性屈曲特性研究

为探究动态载荷作用下地下储气库(UGS)受压段管柱非线性屈曲特性,根据储气库井筒结构特点,建立了柔性约束下UGS管柱非线性屈曲力学模型,采用慢动力法阶跃式施加管柱外载荷,并结合考虑接触的管柱屈曲动力学方程,分析了动态载荷作用下管柱的非线性屈曲特性。以UGS-ZY11井现场数据为例,通过ABAQUS模拟计算进行对比研究,并分析储库产量和管径等因素对管柱非线性屈曲的影响,从而获得动态载荷作用下管柱屈曲演变过程和套管接触压力分布特点。研究结果表明:对于同一生产条件,动态载荷作用下管柱中和点到封隔器处的管柱处于连续非均匀的屈曲状态;管柱受力变形初始阶段,环空压力对其与套管壁接触存在“软约束”;随着储库产量和管径的增加,管柱屈曲变形过渡时间越短,管柱越容易发生螺旋变形;动态载荷作用下诱发管柱振动,导致径向位移较小的油管柱与套管壁发生接触,将加剧油套管损伤失效破坏,在管柱安全生产设计和运行时应做出相应的安全措施。研究结果为深入开展动态载荷作用下UGS管柱非线性屈曲特性研究提供了一种新的思路和方法。     

压缩机级间冷却器异形铸铁壳体应力分析与结构优化

针对铸铁制造的冷却器异形壳体设计中存在的规则设计方法过于保守问题，改用有限元分析方法进行冷却器异形壳体的结构强度分析。在满足结构强度的条件下，采用ANSYS参数化设计，以加强筋的高度和厚度、筒体厚度、平板厚度作为优化变量，以质量最小作为优化设计的目标函数，对冷却器异形壳体进行结构优化设计。有限元分析结果表明，结构优化后的冷却器异形壳体质量减少了23.35%，达到了结构轻量化和节约成本的目的。     

水下控制系统电子模块壳体结构优化及试验验证

基于水下控制系统电子模块(SEM)轻量化的要求,确定了SEM结构方案,并对其耐压壳体进行了结构设计。对SEM壳体的失效模式进行了有限元分析,确定了其失效形式为屈服失效。在此基础上,采用一种基于响应面方程的多目标优化法建立了SEM壳体的响应面方程模型,应用Pareto遗传算法得到了响应面模型方程的全局最优解,从而得到壳体优化后的参数值;最后将所设计的SEM壳体采用优化后的结构尺寸加工制造成实体,并对其进行了高压舱试验验证,结果表明,优化后的SEM壳体质量较优化前降低了24.8%,且满足其在强度和稳定性方面的要求,实现了SEM轻量化的目标。本文研究成果对深水水下控制系统电子模块壳体结构设计具有较好的借鉴意义。     

水下控制系统电子模块壳体结构优化及试验验证

基于水下控制系统电子模块(SEM)轻量化的要求,确定了SEM结构方案,并对其耐压壳体进行了结构设计。对SEM壳体的失效模式进行了有限元分析,确定了其失效形式为屈服失效。在此基础上,采用一种基于响应面方程的多目标优化法建立了SEM壳体的响应面方程模型,应用Pareto遗传算法得到了响应面模型方程的全局最优解,从而得到壳体优化后的参数值;最后将所设计的SEM壳体采用优化后的结构尺寸加工制造成实体,并对其进行了高压舱试验验证,结果表明,优化后的SEM壳体质量较优化前降低了24.8%,且满足其在强度和稳定性方面的要求,实现了SEM轻量化的目标。本文研究成果对深水水下控制系统电子模块壳体结构设计具有较好的借鉴意义。     

大庆油田高温深井试气井下管柱力学分析及应用

针对大庆油田深井高温、高压裂压力及测试、压裂管柱的特点,在轴向屈曲分析的基础上,综合考虑井况、井身结构、管柱组合、施工顺序,以及考虑库仑摩擦力,考虑井口和封隔器的约束及其对轴向变形、轴向力的影响,给出了试气井下管柱载荷、变形、应力计算方法与公式,编制了井下管柱力学分析软件.据此,可以分析各试气工序下管柱的屈曲状态、载荷、变形、应力及强度安全性,并指导管柱组合和施工参数选择.     

某大型夹套容器设计要点分析

对某大型夹套容器的筒体计算压力、带拉撑件的封头设计、接管与壳体焊接结构的选择、焊后热处理、耐压试验、氦渗漏检测等方面进行了详细阐述。     

再沸器特殊结构分析计算及讨论

对一台有特殊壳腔结构的再沸器进行强度及稳定性分析,使用ANSYS计算分析该结构不同厚度在额定内压载荷下应力和位移变形量的变动趋势,讨论分析得出在该结构满足要求最佳的厚度组合;利用非线性屈曲分析计算出该结构承受外压的极限载荷,校核了实际外压工况,有效地解决了常规设计方法无法计算的问题。     

釜式固定管板换热器的新颖设计计算方法探析

通过分析和实际算例,说明釜式固定管板换热器的常规计算办法存在盲目性,分析了壳程各壳体组合刚度的变化规律,提出了用当量壳体筒体来代替原筒体进行管板计算的方法。     

椭圆度对外压长圆筒体临界屈曲载荷的影响

基于ANSYS中的特征值屈曲分析、几何非线性分析和几何/材料双非线性分析3种方法,对均匀外压作用下的长圆筒体临界屈曲载荷的影响因素进行了分析。计算对比表明:(1)在不存在椭圆度情况下,长圆筒体随着壁厚的增加,几何非线性相对于线弹性分析几乎没有大的变化;(2)随着壁厚的增加,线弹性分析与几何/材料双非线性分析的结果差异越来越大,管壁较厚时特征值屈曲分析不准确,几何/材料双非线性分析更适用于工程实际;(3)随着椭圆度的增加,线弹性分析对应的临界屈曲载荷变化很小,而壁厚增加时的临界屈曲载荷略有增加;(4)椭圆度对几何/材料双非线性分析的影响比对特征值屈曲分析的影响显著,特别是随着椭圆度和壁厚的增加,双非线性曲线与其他曲线的差距变大。     

组合载荷作用下球罐的稳定性分析

本文以4000m3丙烯罐为例,采用有限元法对受外压及重力联合作用下的球罐进行了线性和非线性稳定性分析,计算了球壳的临界失稳外压。结果发现,非线性稳定性分析得到的球壳临界失稳外压约为线性分析结果的90%;重力对球壳的临界失稳外压影响不大。     

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。     

网壳结构非线性分析

在大跨度网壳结构设计中,非线性稳定是必须首先解决的问题之一.从结构稳定分析理论、网壳结构载荷试验等人手,对不同网壳结构形式、不同边界条件等进行了分析,为网壳结构在大型油罐顶盖的工程应用提供了理论依据.     

大型网壳式拱顶结构有限元分析计算

随着石油工业的发展，大型网壳式拱顶结构储油罐因其具有节省钢材和安装方便等优点而受到青睐，但其发展受限于拱顶计算复杂的缺点。运用有限元法在ＳＴＡＡＤ－Ⅲ钢结构软件上对网壳式拱顶结构进行了稳定分析，具体提出了模型的建立及分析方法。认为对工程上的网壳式拱顶结构除按钢结构规范进行一般稳定性分析外，为提高整体结构的稳定安全系数还应进行线性屈曲分析。