压力容器接管部位的可靠性设计研究

使用ANSYS软件对某压力容器筒径,不同开孔直径壳体,共3个模型的开孔接管部位进行分析设计,同时提出最弱环模型对接管部位应力强度进行可靠性评定。研究结果表明,在接管需要补强时采用补强圈或厚壁接管补强,均可有效地改善孔边应力集中;随着开孔率的增大,厚壁补强接管部位的可靠性大于等面积补强法所得结果;最后提出厚壁补强时合适的可靠度取值。     

高压筒体大直径双开孔补强分析及优化设计

针对工程上高压容器筒体大开孔产生较大应力集中的问题,以某高压容器筒体开大直径双孔结构为研究对象,采用应力集中系数K表征开孔对筒体造成强度削弱的程度,基于有限元方法分析了圆角半径、3个无量纲参数(开孔率d/D、接管与筒体厚度比t/T、筒体径厚比D/T)、接管间角度α和中心距L对应力集中系数K的影响。并按照GB/T 150.3—2011中分析法初步设计厚壁接管补强结构,进行响应面优化分析得到最优方案,在满足强度要求的情况下,实现了设备质量的减轻。结果表明：开孔率d/D>0.6时,需要考虑双开孔对应力集中的叠加作用;接管排布角度在30°～90°之间会在一定程度增大应力集中;厚壁接管结构中,筒体厚度T及接管补强段厚度t对应力集中影响程度较大。本研究得到了各参数对应力集中的定量化影响规律,可为大开孔接管设计与排布提供参考依据。     

接管纵向弯矩作用下容器补强结构弹性强度

对接管纵向弯矩作用下圆柱形容器开孔补强结构的弹性应力分布及应力集中进行了试验研究,并用有限元分析软件ANSYS进行了数值计算.针对3台具有不同d/D比的接管及标准补强圈补强的圆柱形容器进行这项研究.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反对称性,应力集中的范围十分有限,有限元数值模拟结果与试验结果基本吻合.     

基于ANSYS的球壳开孔接管区应力分析

球壳开孔接管区的应力高且分布状况复杂。利用ANSYS软件,通过获取应力分布云图及线性化处理提取的各类应力,探讨了过渡圆角半径对球壳开孔接管区应力的影响。结果表明,球壳与接管连接处存在明显的应力集中。采用圆角过渡可以降低应力集中系数。只有圆角半径较大时,应力集中系数才会显著降低,并且主要是降低了其中的弯曲应力和峰值应力。当圆角半径增加到一定程度,应力集中系数降低极其缓慢。结果为工程实际中球壳开孔接管区圆角半径的选取提供借鉴。     

周向斜接管内压容器的有限元分析

采用有限元法计算了具有正交接管及2 0°周向斜接管圆柱形容器内压作用下的弹性应力和变形,对周向斜接管圆柱内压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。     

补强圈与筒体间几何间隙的影响—接管弯矩作用下

本文对接管弯矩作用下补强圈与简体间几何间隙对补强区局部应力的影响进行了试验研究和有限元分析。研究结果表明,在接管弯矩(包括纵向弯矩M_L,横向弯矩M_(?))作用下,补强圈的补强效果是明显的,它使开孔—接管附近的应力集中明显下降;由接管横向弯矩M_(?)在简体横向截面(θ=90°～270°)内产生的应力比接管纵向弯矩M_L在简体纵向截面(θ=0°～180°)内产生的应力高。同时表明,对接管弯矩截荷而言,补强圈与容器筒体间的几何间隙大小对简体上应力的大小及分布没有明显的影响。     

不锈钢反应釜顶盖开孔结构设计和应力分析

从安全的角度出发,给出反应釜顶盖与筒体焊接,在一侧开人孔的结构。基于开人孔的位置悖于常规,先采用常规设计方法设计出顶盖厚度,然后分别采用无力矩理论和有限元软件ANSYS作了应力分析,给出人孔接管与顶盖及筒体相贯线上的一系列应力分布曲线,并参照JB 4732-95《压力容器分析设计标准》作了强度评定,结果表明强度不足。然后采用内部贴补强圈的局部补强结构,经过二次分析评定,强度满足要求。并对设备的无损检测作了相关说明。     

压力容器接管的最佳设计

一、前言在化工、宇航及原子能等工业中所用的球形压力容器上,或圆筒压力容器的球形封头上,由于各种需要,往往要开孔与圆柱形接管径向相连。计算和测试都表明,在内压作用下,与未开孔的球壳相比,由于接管的存在,使球壳与接管连接部位的经向和纬向应力都大为提高(图1)。球壳在未开孔时只承受薄膜应力。     

补强圈与筒体间隙对开孔补强结构强度的影响

在评定压力容器开孔补强结构强度时,经典薄壳理论未考虑补强圈与筒体间隙,而间隙却在实际结构中存在。设筒体承受不同的内压值、接管上承受不同的轴向力,应用有限元软件的接触算法对压力容器开孔补强结构进行了静强度与疲劳强度评定,考察了不同间隙值对强度的影响,同时也计算了未考虑接触时的结果作为对比。结果分析表明:在接管有正向轴向力存在的情况下有必要考虑接触,而补强圈与筒体之间间隙大小在评定开孔补强结构静强度与由内压或者轴向变载引起的疲劳强度时的影响可以忽略。     

组合载荷作用下开孔接管结构强度性能的研究

带接管内压圆柱形容器通常受到内压与接管弯矩的组合作用,接管弯矩会影响内压圆柱壳开孔接管结构的强度性能。在内压与接管弯矩组合作用下,对4台具有不同开孔率的带径向接管圆柱壳容器开孔接管结构强度性能进行试验研究和有限元分析,考察内压与接管纵向弯矩、内压与接管横向弯矩组合作用下容器开孔接管区弹性应力分布、应力集中、开孔接管结构的变形规律及塑性极限载荷等。结果表明,载荷大小相同时,横向弯矩作用产生应力增量较纵向弯矩作用产生应力增量大,横向弯矩对内压容器开孔接管结构强度较危险。内压作用在开孔接管区纵向截面产生应力增量较横向截面应力增量显著。较小值的内压作用可减缓开孔接管结构弯矩作用下的变形,内压能降低开孔接管结构的纵向极限弯矩,较小内压能增加开孔接管结构的横向极限弯矩。     

基于磁-声结合的特殊螺纹油管密封检测方法研究*

针对特殊螺纹油管下井后仍存在密封失效的问题,提出采用金属磁记忆和超声相结合的检测技术应用于特殊螺纹油管密封性能的检测。搭建金属磁记忆检测系统,采集上扣前后接头的磁记忆信号,提取并分析特征参数磁记忆信号梯度值。结果表明:磁信号梯度值可以表征螺纹形貌;上扣后啮合螺纹应力分布不均,起始端磁信号梯度值大,应力集中程度高。搭建超声检测系统,采集上扣前后油管密封面回波信号,计算声强反射系数,并利用声强反射系数与接触应力的关系得到密封面接触应力分布。结果表明,上扣后密封面环形带上保持了较高的接触应力,具有一定密封能力。磁-声结合的检测方法实现了对接头螺纹连接部位应力集中情况和密封面接触应力分布的检测,进而可评估密封性能,为保障油管下井服役提供了更安全更有效的密封检测手段。     

特殊扣套管接头的应力及密封特性分析

以特殊扣螺纹接头为分析对象 ,采用非线性有限元素法 ,分析了套管接头在上扣扭矩、轴向拉伸和内部压力作用下的受力特性。获得了这种特殊扣套管接头密封段、台肩面、螺纹啮合扣面以及管体的应力分布。结果表明 ,采用过盈配合来模拟上扣扭矩的方法具有较好精度。套管接头的薄弱区域在啮合螺纹承载面根部 ,该区域具有显著的应力集中。密封面接触压力随套管内部压力的增大而增大 ,轴向拉力对其影响很小 ,在本文的设计载荷作用下可以保证良好的密封特性     

Effects of insulated rail joint on the wheel/rail contact stresses under the condition of partial slip

The effect of insulated rail joint (IRJ) on the wheel–rail normal and tangential contact stress distribution is studied using the finite element method. In this investigation, contact elements are used to simulate the interaction between wheel and rail. Numerical simulations are used to explore the effects of contact distances and materials of IRJ on the contact stress and the maximum shear stress distributions. Numerical results show that the presence of IRJ might significantly affect the wheel–rail contact stress distributions. The results also indicate that Carter's theory is no longer effective in predicting the tangential stress distribution of the wheel–rail contact near an IRJ. The tangential stress causes the location of maximum shear stress shifted toward the rail surface as the wheel–rail contact point moves closer to the IRJ. The maximum shear stress value is more sensitive to a braked force than to a tractive force as the wheel–rail contact point is within the IRJ region.     

Stress Concentration in the Vicinity of a Hole Defect Under Conditions of Hertzian Contact

Two-dimensional photoelastic stress analyses were conducted for epoxy resin models containing a hole defect under the conditions of Hertzian contact. Stress concentrations around the defect were determined as a function of several parameters. These were hole diameter, its vertical distance from the contact surface, and the horizontal distance from the Hertzian contact area. Also determined was the effect of tangential traction (generated by a friction coefficient of 0.1) on the stress concentration.

Sharp stress concentrations occur in the vicinity of both the left and the right side of the hole. The stress concentration becomes more distinct the larger the hole diameter and the smaller the distance between the hole and the contact surface.

The stress concentration is greatest when the disk imposing a normal load is located at the contact surface directly over the hole. The magnitude and the location of stress concentration varies with the distance between the Hertzian contact area and the hole. Taking into account the stress amplitude, the area which can be involved in a process of rolling contact fatigue seems to be confined to a shallow region at both sides of the hole. The effect of tangential traction is comparatively small on the stress concentration around tile hole.     

压力容器的开孔补强结构优化设计

利用ANSYS对某开孔压力容器进行参数化建模,并完成了优化设计,由有限元结果与试验数据的比较表明,有接触假设的有限元方法,对应力场分布能够产生更好的理论预测,同时对补强圈与容器壳体之间的间隙变化的影响,也作了有益的探讨。     

Rolling contact fatigue of case-hardened chromium steel

The rolling contact fatigue of case-hardened steel surfaces in lubricated heavily loaded contact was studied. Three different case-hardening treatments were tested with a ratio of slide to roll of ?5%. Other ratios of slide to roll were used to determine the effect of tangential traction on the rolling contact fatigue endurance. When the actual contact width was measured after testing, the scatter of the fatigue results was reduced. The depth of the maximum plastic strain was determined by measuring the hardness before and after testing and was found to correspond to the occurrence of the lowest ratio of the critical shear stress to the amplitude of the load-induced orthogonal shear stress. The role of residual stresses in rolling contact fatigue is discussed. It was found that a more detailed knowledge of lubricant behaviour in heavily loaded contacts is needed to reveal the true distribution of tangential traction on the contact surface. This affects the angle of the plane and the value of the maximum amplitude of the shear stress beneath the contact zone.     

残余应力松弛和自增强处理压力对在役高压容器的安全影响

为了确定残余应力松弛和自增强处理压力对在役高压容器安全性能的影响,通过分析测试结果获得了残余应力的松弛规律,计算了在工作压力、残余应力作用下的当量等效应力沿壁厚分布情况,模拟计算出了不同的工作压力、自增强处理压力下的安全系数,推导出了最佳自增强处理压力。结果表明所研究的高压聚乙烯反应管在使用10年后,环向应力在近内壁区衰减最快,从-600MPa衰减到-333MPa,衰减率达45%;在弹性区衰减较小,残余应力峰值位置外移,但其峰值大小变化不大。对于自增强处理后的压力容器,在工作压力作用下,随着残余应力的松弛,内壁面当量等效应力增大,当量等效应力在弹塑性交界处最大,应该按此处的当量等效应力计算安全系数。依据示例聚乙烯反应管尺寸,模拟计算出在工作压力分别为180、280、380MPa时,经过自增强处理压力分别为606、677、743MPa的最佳自增强处理后,其安全系数比残余应力全部衰减为0时分别高16%、26%、37%。压力容器工作压力越大,经最佳自增强处理后安全系数增大得越多,但残余应力衰减对其安全影响越大。     

受外部管线推力的压力容器接管受力分析和应力评估

压力容器开口接管受管线外力作用下的受力分析是设备设计中常见的问题,经常遇到应力分析评估通不过,但类似的情况在以往的应用中也没有出现事故,其中的主要原因是对接管附近的应力分类存在不同的看法,为安全保险,在外载荷中选取一组最大值作用在接管端部,然后把接管与筒体连接部位附近的弯曲应力加薄膜应力限制在1.5倍许用应力之内,这种做法从本质上讲是由于概念不清造成的。本文应用ABAQUS软件,将接管外推力中的预紧力、操作力分几个载荷步进行计算,分清了一次应力与二次应力,使应力评估更加切合实际。     

一种磁记忆检测定量分析的新方法

金属磁记忆检测技术是利用磁记忆效应对铁磁性材料的应力集中区进行无损检测的新方法.磁记忆效应的特征是应力集中部位表面的漏磁场的切向分量最大、法向分量存在过零现象.在目前的研究工作中,研究方法主要是以测量磁记忆法向信号过零点位置来判断应力集中,从而割裂了切向与法向之间内在的关系.探讨了采用法向切向联合检测的方法,利用一种新型的磁阻传感器HMC1002,设计组装了高精度的二维弱磁场测量传感器.通过对拉伸试件进行2种方法检测的对比实验,结果表明,此方法比单一的法向磁场分量过零值点的检测更有效,可望在磁记忆检测定量分析研究中有很好的实际应用价值.     

单剪螺栓连接复合材料叠层板螺栓孔周边应力场分布

基于螺栓连接三维实体模型,研究螺栓-孔间隙、挤压面摩擦因数等因素对挤压面上的应力分布的影响。研究发现螺栓连接叠层板每层中在纤维方向上释向应力和周向应力达到最大值,单层板铺层方向是径向应力和周向应力的主要承载方向。螺栓-孔间隙对孔周应力的分布产生较大的影响,径向应力分布具有相似性,间隙越大,径向应力水平越高,最大周向应力反而有所减小,而且间隙的存在使得径向应力的分布发生改变,最大径向应力向外加载荷方向靠近;螺栓-孔接触面的粗糙程度对孔周应力的分布也产生较大的影响。随着摩擦因数的增大,最大径向应力随之减小;最大周向应力随着摩擦因数的增大而减小。