压力容器切向开孔接管区的应力分析设计

对压力容器切向开孔接管区进行三维有限元分析,获得了容器筒体、接管及其连接部位的应力分布信息,并与压力容器正交开孔接管连接结构的应力分布进行了比较。根据JB4732分析设计标准对压力容器切向开孔接管进行了强度评定。结果表明,压力容器切向开孔接管产生明显的应力集中,且应力集中系数随接管与筒体连接处距离的增大而快速降低;各类应力的最大值发生在接管与筒体连接处且位于接管上部位的内侧区域,是筒体失效的危险区域;与压力容器正交开孔接管相比,压力容器切向开孔接管的应力分布更趋复杂,有更明显的应力集中,但切向接管的强度足够,满足安全要求。     

筒体轴向斜接管区应力状况考察

对筒体轴向斜接管区的应力分布状况用电测法进行了实验研究。考察了接管轴线与筒体表面法线间夹角ψ、接管外径 d0 、接管壁厚和筒体厚度比 t/ T等结构参数对应力集中系数 K的影响。     

周向斜接管内压圆柱形容器的应力集中

采用有限元法计算了具有不同角度周向斜接管圆柱形容器在内压作用下的弹性应力和变形,对周向斜接管内压圆柱容器的弹性应力分布、应力集中范围、变形特征、应力集中系数等问题做了初步探讨。计算结果表明,周向斜接管内压圆柱容器在接管与容器的相贯区存在明显的应力集中,相贯区在筒体纵向截面沿径向收缩,而在筒体横向截面沿径向膨胀,最大主应力出现在筒体的纵向截面,相贯区外表面在筒体的横向截面处于三向压缩状态;与正交接管内压圆柱容器相比,周向斜接管圆柱容器在内压作用下的最大主应力略小,二者基本满足Sβ=S0(cosβ)0.5;应力集中系数随着角度β的增加而降低。     

内压圆筒上不同接管型式的有限元分析

文章基于文献[1]的实验,采用三维有限元法对实验中的内压圆筒开孔接管区进行了应力分析,获得了筒体、接管及其连接部位的应力分布结果,并对比分析了径向和周向斜接管结构的应力分布情况。分析结果表明,容器开孔接管处应力分布复杂,并产生明显的应力集中,其应力集中系数随着距接管与筒体连接处的距离的增大而快速降低;周向斜接管结构的应力分布规律与径向接管结构的相类似,最大应力强度均出现在连接处且位于筒体的纵向截面的内侧区域;与径向接管结构相比,周向斜接管结构的最大应力强度较小;而且,随着周向斜接管结构的倾斜角α增大,其最大应力值变小。     

接管弯矩作用下容器开孔结构弹性应力研究

对接管纵向弯矩作用下 3台具有不同d/D接管的圆柱形容器开孔结构进行了试验研究 ,考察开孔 接管区的变形及其弹性应力分布情况。研究结果表明 ,筒体和接管纵向截面两侧的应力分布都呈现一定的对称性 ,应力集中的范围十分有限 ,且随着d/D的增加 ,同一载荷下结构的最大应力值逐渐下降 ,但应力比系数变化并不大     

筒体开孔接管开裂失效分析

采用全相分析、宏微观观察、力学性能检验及SEM分析等方法,并通过对焊缝区进行残余应力测试及对筒体接管部分进行有限元分析,对筒体接管开裂的原因进行了分析,分析结果表明,焊缝边缘残余应力水平高,材料的脆性严重及接管处的应力集中导致了此次的开裂。     

简体接管边缘应力区局部减薄处应力特征

参考《压力容器定期检验规则》第40条,采用有限元方法计算了筒体接管边缘应力区局部减薄处的应力分布,得到了局部减薄处凹坑的尺寸与位置对应力的影响趋势,讨论了应力集中系数随尺寸变化的规律,为筒体接管边缘应力区局部减薄处的强度评定提供了一定的计算依据。     

筒体轴向斜接管开孔补强计算的探讨

利用ANSYS有限元软件,对不同倾角斜接管与当量径向接管进行有限元应力对比分析,阐述了当轴向斜接管倾斜角过大,其接管与筒体连接处的弯曲应力不能忽略,如采用等面积补强方法进行开孔补强计算会存在一定风险。     

内压作用下30°安放式斜接管结构的试验研究

采用电测法对内压作用下支管与主管轴线夹角为30°的安放式斜接管结构模型进行了试验研究,获得了接管-筒体截交区的应力分布规律和最大应力值及其出现的位置,进而得到了该模型的应力集中系数,这些数据可作为斜接管结构设计和制造的参考。     

圆筒容器接管处应力集中系数的研究

具有接管圆筒形压力容器的接管与筒体垂直相交处,承受载荷后联接处产生应力集中,造成这个部位发生失效,对这种结构的应力集中系数迄今尚缺少满意的计算方法,目前可按Lind“面积法”的公式计算,也可按Money式或Decock式计算。 从工程实用观点出发,本文根据Lind“面积法”,经理论分析提出“改进面积法”的计算公式,按此公式计算与实验数据比较,结果颇为符合。     

套管内壁球形腐蚀坑洞的应力集中效应研究

研究点蚀坑应力集中分布规律对套管防护和寿命预测具有重要意义。基于球形腐蚀坑模型,采用有限单元法对球形点蚀应力集中问题进行数值模拟,得到了应力集中系数随套管壁厚、腐蚀深度等参数的变化曲线,分析了双坑以及点蚀群情况下应力集中系数的变化规律,并将所得结果与理论计算结果进行了比较。分析结果表明,数值模拟在一定程度上验证了理论公式的正确性,应力集中系数随腐蚀深度的增加而变大;应力集中系数主要与h/d(腐蚀坑洞的深度与开口直径之比)的变化有关,套管的壁厚对应力集中系数影响较小;双坑点蚀交汇能够增大应力集中。     

页岩气水平井固井水泥环状态对套管力学完整性的影响

大位移页岩气井的井眼轨迹复杂,且压裂开发过程中经常出现由于水泥环缺陷引发的套变损伤问题。针对页岩气井压裂过程中高泵压大排量的特点,采用有限元分析方法,通过优化模型网格划分,建立了适用于页岩气井复杂井眼轨迹下套管力学完整性计算的套管-水泥环-地层组合体模型,讨论了水泥环缺失角度、缺失厚度、缺失长度及复合缺陷对造斜段及水平段局部屈曲部分套管力学完整性的影响。结果表明,套管的周向应力随水泥环弹性模量的增大而减小,受泊松比影响较小。水泥环角度缺失会使套管出现应力集中现象,当缺失角度超过90°,应力集中现象得到减缓。随着水泥环缺失厚度的增加,套管所受应力增大。无论是造斜段还是水平段,不同缺失角度下,水泥环厚度、套管尺寸及泵压对套管应力的影响类似,趋势均为随着缺失角度的增加,套管应力先增大后减小。水泥环缺失的临界部位会产生应力突变,该位置也是最容易发生套损的部位。同一缺失厚度下,套管应力最大值随着缺失角度的增加而先增加后减小;同一缺失角度下,套管应力最大值随着缺失厚度的增加而增加。随着缺失角度的增加,水泥环缺失部位对应套管沿管长方向的等效应力先增加后减小。水泥环越厚,套管等效应力越小。在相同厚度下,水泥环剩余厚度越薄,套管等效应力越大,全部缺失时应力水平最大。     

多层包扎高压容器筒体与球形封头连接部位的结构分析与优化

石油化工以及航空航天行业中经常需要使用大型高压容器作为反应或储存容器,受制于材料厚度以及单层筒体壁厚方向力学性能均匀性问题,筒体常采用多层包扎的形式,封头一般采用受力状态良好又节约材料的单层球形封头.根据中径公式,筒体壁厚大约是球形封头壁厚的2倍.但由于二者连接的部位结构突变,存在应力集中和边缘应力,因此其壁厚比例关系...     

水泥环对套管载荷影响的理论研究

用解析方法对非均匀地应力情况下水泥环对套管载荷影响的研究表明,水泥环对套管载荷的影响取决于水泥环厚径比、水泥环与地层材料的差异系数以及地层与套管的刚度比这3个因素,其中刚度比起着重要作用.当刚度比λ≥1-2ν(ν为水泥环泊松比)时,用较高弹性模量的水泥固井可以降低套管载荷;当刚度比λ<1-2ν时,用较低弹性模量的水泥固井可以降低套管载荷.一般情况下,增加水泥环的厚度可以降低套管载荷.水泥环与套管光滑接触情况下,套管载荷非均匀程度降低,基本上呈均布载荷.     

锥形分支管Y型三通的完全光滑椭圆相贯线的研究

对大型管道中的重要管件--Y型三通的广泛使用结构类型的相贯线进行了研究,发现了通用的计算公式,从而克服了以往在制造过程中估算、试凑、应力集中区域凸凹不平等缺陷,可以制造出相贯线汇聚点处光滑的Y型三通,也使得采用三维限元方法精确计算应力集中成为可能.     

水泥环厚度及力学参数对其应力的影响

固井水泥环厚度是否合理关系到注水泥施工效率和固井质量,同时后期水泥环的力学性能也将会影响到层间的长期有效封隔,因此有必要研究水泥环厚度及力学参数对其应力的影响规律,分析水泥环的厚度敏感性,优化水泥环力学参数。借助弹性力学理论,对水泥环的应力状态进行了分析研究。研究结果表明,内壁处周向应力最大,是其危险应力;最大周向应力随水泥环厚度增大将减小,但其梯度在水泥环厚度小于25.4mm时较大,之后随水泥环厚度增大,最大周向应力梯度逐渐减小直至几乎不变。对于厚度一定的水泥环,其弹性模量越大,周向应力越大;泊松比越大,周向应力越小。该研究结果对水泥环厚度及水泥浆配方的优选有一定的指导意义。     

具有几何缺陷的石油用球罐内表面裂纹应力强度因子的研究

对具有错边和角变形几何缺陷的薄壁球罐的应力场和错边根部与角变形棱角处的内表面裂纹应为强度因子进行了研究给出了有角变形和错边时,球壳的应力分布和缺陷处的应力集中程度得到了球壳缺陷处裂纹无量纲应力强度因子随裂纹深度a/t.形状a/c、长度c等因素变化的规律以及沿裂纹前缘变化的规律,同时对错边球裂纹处混合型应力强度因子进行了讨论.文中对目前常用于估算球壳儿何缺陷处裂纹应力强度因了的受单向拉弯平板解与实验结果进行了比较,对其实用性进行了评价.     

石油套管抗挤性能研究

以 139.7 mm×7.72 mm/9.17 mm SEW N80和P110套管为例建立几何模型,利用套管抗挤强度计算公式、有限元分析及套管挤毁试验研究了套管抗挤毁性能的影响因素。结果表明,径厚比、屈服强度是造成套管挤毁失效的主要影响因素;外径不圆度、残余应力的影响次之;壁厚不均度影响最小。另外,外径不圆度、壁厚不均度及残余应力的综合作用对套管的抗挤毁性能也有一定的影响。     

基于统一强度理论的石油套管柱抗挤强度

为了研究石油套管柱的力学性能,采用统一强度理论,合理考虑中间主应力效应和材料拉压比的影响,推导了石油套管柱的单轴抗挤强度、双轴抗挤强度和三轴抗挤强度计算公式,建立了石油套管柱双轴抗挤强度和三轴抗挤强度与单轴抗挤强度的关系,并分析了材料的拉压比、中间主应力效应、径厚比、压缩屈服强度、荷载大小和荷载工况等因素对不同类型抗挤强度的影响特性。研究结果表明:材料的拉压强度不等特性(SD效应)对石油套管柱的单轴抗挤强度、双轴抗挤强度和三轴抗挤强度均有显著影响,材料拉压比越大,套管柱的单轴抗挤强度越小,双轴抗挤强度越大,而三轴抗挤强度与双轴抗挤强度的差值和材料拉压比的关系与外荷载有关;中间主应力效应对石油套管柱的单轴抗挤强度、双轴抗挤强度和三轴抗挤强度也有显著影响,随统一强度理论参数b值的增加,套管柱的单轴抗挤强度和双轴抗挤强度不断增大,考虑中间主应力效应可以充分发挥材料的自承载能力和强度潜能,具有可观的经济效益;径厚比、压缩屈服强度、荷载大小和荷载工况对套管柱的单轴抗挤强度、双轴抗挤强度和三轴抗挤强度也具有一定影响。该结果适用于具有SD效应和中间主应力效应的材料,并将多种屈服准则下石油套管柱的单轴抗挤强度、双轴抗挤强度和三轴抗挤强度表达式分别统一起来,具有广泛的适用性,可为石油套管柱的抗挤强度设计提供借鉴。