内压厚壁圆筒体最大允许内外壁温差的研究(上)

通过给内压引起的圆筒应力分类和评定 ,对圆筒在内压作用下的各向应力沿应力处理线进行均匀化处理。同时 ,分外加热和内加热两种情况 ,对径向温度梯度作用下圆筒中的热应力沿应力分类线进行当量线性化处理 ,给出了相应的计算公式。     

受内压厚壁圆筒和厚壁方筒的应力分布

作者在建立了内压下厚壁圆筒的弹塑性应力公式之后,介绍了圆筒的残余应力实验研究和带圆孔的厚壁方筒的有限元计算结果,同时还指出了厚壁圆筒与厚壁方筒在应力分布方面的差别。     

线性强化材料厚壁圆筒统一自增强分析

运用统一强度理论对承受内压且拉压屈服强度不同的线性强化材料的厚壁圆筒进行了自增强分析,得到了适用于多种材料的厚壁圆筒弹性区与塑性区中的应力分布、残余应力分布及合成应力分布的统一解析式,并根据厚壁圆筒的安定性条件和合成应力分布分析得出了最佳弹塑性半径和最佳自增强内压的统一解析解。运用统一强度理论可以给出符合多种材料特性的合理解。     

带裂纹的内压厚壁圆筒疲劳寿命的一种估算方法

通过分析带裂纹内压厚壁圆筒的形状和受力特点,我们分别对Newman等人提出的应力强度因子公式进行了较合理的修正,并依据Paris裂纹扩展模型提出了带裂纹非自增强与自增强内压厚壁圆筒疲劳寿命的计算方法。应用该法计算的结果与Nishioka以及Throop等人的内压疲劳试验结果较为接近。     

拉压屈服强度不同材料厚壁圆筒的自增强研究

本文运用莫尔屈服准则对承受内压的拉压屈服强度不同材料的厚壁圆筒进行了自增强分析 ,得到了依赖于材料拉压比的厚壁圆筒弹性区与塑性区中的应力分布 ,残余应力分布及合成应力分布。分析结果表明 ,材料拉压屈服强度的不同对结构的自增强有一定的影响。考虑到材料具有拉压强度不同的观点 ,本文的分析结果具有一般性     

塑性极限载荷分析法在圆筒接管开孔强度分析上的应用

选用大型通用有限元软件ANSYS对某筒体大开口模型进行了应力计算及评定,使用应力分类法对大开口处两条路径上的一次应力、一次加二次应力评定时,发现应力强度不能满足要求,依据JB 4732—1995(2005年确认)中的相关规定,对同一大开口模型进行了极限载荷分析,结果表明模型的设计内压小于最大允许内压,设计内压满足要求。由于应力分类法偏于保守,当对某些设备的局部部位进行强度校核时,在应力分类法不能通过的情况下,可使用塑性极限载荷分析法进行判定。     

单层厚壁圆筒的最佳自增强半径

分析认为确定单层厚壁圆筒最佳自增强半径时,必须考虑温差应力的影响,才能使决定疲劳寿命的剪应力强度降至最小。     

组合周向应力计算自增强直径

单层厚壁圆筒在内压力作用下,周向应力为最大,以组合周向应力取最小值进行自增强直径的计算,可直观地反映出厚壁圆筒应力分布随自增强直径的变化,从而确定最佳自增强直径。     

钢质环氧套筒修复补强管道在内压作用下的环向应力计算

为了得到钢质环氧套筒修复补强管道在内压作用下的环向应力计算公式,根据内压作用下钢质环氧套筒修复补强管道的受力特点,建立了对应的力学分析模型,基于厚壁圆筒的应力解法和变形协调关系得到了内压作用下管道、环氧树脂胶层和钢套筒的环向应力理论公式,并通过试验对理论公式进行验证。结果表明,在不同内压作用下理论值与试验值的误差均在20%以内。该结果可以为内压作用下钢质环氧套筒修复补强管道的设计分析提供参考。     

厚壁筒径向裂纹最危险分布

对于含有多条径向裂纹的厚壁圆筒 ,用有限单元法计算了裂纹尖端的应力强度因子 ,分析了裂纹条数及裂纹之间的夹角对应力强度因子的影响。认为在所有裂纹分布的情况中 ,2条对称裂纹的应力强度因子最大 ,即 2条对称裂纹是最危险的分布     

内压无折边锥壳加强设计与应力分析

无折边锥壳在内压作用下,由于连接处的结构不连续性,会产生比薄膜应力高数倍的边缘应力,因而对其强度设计的分析有利正确设计和安全使用。本文基于ASMEⅧ-1和ASMEⅧ-2分别对无折边锥壳的加强设计原理从应力的观点进行了探讨;另外,基于有限元法对圆筒与锥壳连接结构的三向应力分布规律、边缘应力衰减规律及不同半锥角对边缘应力分布的影响规律进行了合理分析,并对GB150-2011中关于内压无折边锥壳强度设计中的若干规定进行了有针对性的探讨。     

多裂缝“载荷松弛”与应力强度因子

通过三维光弹性实验测量了具有内表面单裂缝与受内压厚壁圆简型化工容器内的环向应力场,研究了内表面多裂缝的“载荷松弛”机理,建立了“无因次附加弯矩”(M)的概念及其计算式,给出了M随裂缝位置、裂缝深度比以及裂缝形状比的变化规律,说明了M与“载荷松弛因子”(LRF)的关系.建立了受内压厚壁圆筒内表面环向对称分布纵向半椭圆形多裂缝的LRF,以及由LRF得到的应力强度因子的近似计算式.     

组合载荷作用下开孔-接管区弹性应力试验研究

带接管内压圆筒通常受到内压和接管弯矩的共同作用,接管附加的弯矩载荷会影响内压圆筒开孔-接管区的强度性能。对4台不同di/Di比值的带径向接管圆筒压力容器在组合载荷作用下开孔-接管区弹性应力进行了试验研究,考察了内压和接管面内弯矩、内压和接管面外弯矩共同作用下开孔-接管区的弹性应力分布、应力集中以及2种载荷之间的相互影响规律。研究结果表明,接管附加弯矩载荷显著增加了承压容器在开孔-接管区的应力集中,且应力集中随开孔率的大小而变化,开孔率小的模型,接管弯矩变化对内压作用下各截面应力集中的影响较大;内压变化对接管弯矩作用下各截面应力集中的影响是开孔率大时影响相对较大,但关系不是很明显。     

焦炭塔筒体热应力的理论分析

通过建立焦炭塔的二维温度场模型,分析各种载荷下焦炭塔塔体径向和轴向的应力大小,再通过叠加得到组合应力。计算结果表明:由温差产生的应力占主导地位,并且进油生焦和进水冷却2个阶段的温差应力最大,而轴向温差产生的温差应力要比径向温差产生的温差应力大的多;由自重和内压产生的应力很小。     

自增强厚壁筒残余应力松驰的研究

通过试验,分析了自增强厚壁筒内外壁残余应变与交变应力循环次数的变化关系和应力松驰的影响因素,最后给出了计算残余应力的方法。     

变内压条件下膨胀水泥性能对井筒完整性的影响

以膨胀水泥作为研究对象,利用弹性力学理论,采用有限元方法研究了变内压条件下膨胀水泥性能对井筒完整性的影响。研究表明,合适的水泥膨胀率可以降低套管内的最大米塞斯（Mises）应力;水泥膨胀率越大,水泥环内最大Mises应力越大,最大周向应力越小;有套管内压时,膨胀水泥弹性模量越大,套管内最大Mises应力越小,水泥环内最大Mises应力越大;套管内压较小时,水泥弹性模量越大,水泥环内最大周向应力越小,套管内压较大时则与之相反;膨胀水泥泊松比对套管内最大Mises应力的影响较小,水泥泊松比越大,水泥环内最大Mises应力和最大周向应力越小。对于弹性地层和蠕变地层情况,膨胀水泥性能对井筒完整性的影响规律相似。变内压条件下,膨胀水泥性能对水泥环的挤压破坏和周向拉伸破坏影响较为显著,使用膨胀水泥时应根据实际情况优选膨胀水泥石的各项性能。      

承受脉动内压的厚壁圆筒形构件疲劳性能的实验研究

介绍了研究用的脉动内压疲劳实验技术。借助于无缺陷和有横向开孔的脉动内压试件，对厚壁圆筒形构件的疲劳性能进行了实验研究，给出了试验材料的脉动内压疲劳曲线。对横向开孔厚壁圆筒形构件疲劳强度的降低以及在疲劳压力下厚壁筒构件内壁当量应力大于材料屈服极限的现象进行了讨论。     

薄壁内压圆筒静强度的可靠性设计

针对目前内压圆筒静强度常规设计中未考虑设计变量的随机性, 没有把圆筒可靠度与安全系数及有关影响因素定量联系起来的不足, 在分析内压圆筒常规设计标准和规范, 寻找有关设计变量的分布规律和分布参数的基础上, 从确定内压圆筒静强度在不同工况下应具有的最小可靠度入手, 应用可靠性设计理论, 得到了内压圆筒静强度的可靠性设计方法。实例计算表明: 用可靠性设计方法得到的内压圆筒壁厚, 比常规设计方法确定的圆筒壁厚减小约 20%。     

内压作用下含内表面环向裂纹光滑弯管的应力强度因子

应用大型通用有限元分析软件Ansys,建立含内表面环向裂纹的光滑弯管在内压作用下的模型,计算出不同裂纹尺寸的应力强度因子和形状因子,绘制曲线并进行分析,其结果可供工程安全评定使用。     

含裂纹自增强厚壁圆筒残余应力研究

针对裂纹对厚壁筒自增强处理效果影响的问题,采用有限元软件分析了2种径比不同裂纹的厚壁筒自增强处理后的残余应力分布规律,并通过节点位移外推法计算了裂纹尖端处的应力强度因子。研究结果表明,不同径比时自增强压力的变化决定了含裂纹厚壁筒在裂纹尖端残余压应力的分布,以及裂纹尖端应力强度因子的变化率;尖端前缘自由表面存在残余压应力区域,促进了裂纹的闭合;随着自增强压力的增大及裂纹长度的减小,扩大了裂纹尖端沿裂纹扩展方向的残余压应力区域范围。