Ω环应力和位移近似计算

将细环壳复变量极限方程的非齐次解应用于 Ω环 ,对不同尺寸组合的 Ω环应力和位移进行了计算 ,通过曲线拟合得到近似计算公式。近似计算公式的计算结果和有限元分析结果基本一致     

基于Taguchi方法的射孔枪多目标优化设计

基于Taguchi方法,以射孔枪管形状参数中的管半径、射孔枪孔眼半径和开孔数为3水平试验因素,设计出一个3因素3水平正交表,通过有限元数值试验,计算了结构的极限载荷和位移.通过对结果进行极差和方差分析,确定了形状参数对结构性能的影响水平,综合考虑极限载荷和最大径向位移,采用区间取值(RTV)综合评分法进行了多目标结构参数优化.分析发现管径增大导致极限载荷增加,孔径和孔数增大导致极限载荷减小;管径、孔径和孔数增大都导致径向位移增大;在各种参数中,孔径的影响最为明显.     

类排孔的密集接管段的极限载荷分析

为了验证某换热器密集接管段的强度是否满足要求,本文应用ANSYS有限元软件,建立了三维有限元模型,采用理想弹—塑性材料本构模型,对该结构进行了详细的极限载荷分析,研究得到了该结构最终失效的极限载荷值,并根据JB4732-1995的评定条件对该结构进行了优化设计。     

含圆形凹坑管材爆破压力计算方法的研究

采用有限元分析软件ANSYS,对静水内压作用下含圆形凹坑管材进行了大变形塑性极限分析。引入承受内压管材爆破压力的概念,基于Considère判据获得的塑性拉伸失稳极限载荷,推导了含圆形凹坑管材爆破压力的计算公式。研究结果显示,在考察的凹坑半径和余厚的范围内,无量纲极限载荷在一定程度上与凹坑半径和余厚呈线性关系,且无量纲极限载荷的增量较稳定,均值为0.05。推导出的爆破压力理论解与有限元模拟得到的爆破压力数值解具有较高的可比性,最大的相对误差不超过9%。当圆形凹坑的半径一定时,二者的相对误差随着凹坑余厚的减小而增大。基于含圆形凹坑管材大变形塑性拉伸失稳极限载荷推导出的爆破压力计算公式可以较准确地预测其爆破压力,可作为材料力学性能试验的参考。     

含腐蚀凹坑缺陷管道的极限载荷研究

腐蚀凹坑是石油与天然气输送及石化管道常见的缺陷之一 ,会使管道产生应力集中 ,抗疲劳载荷能力降低。为寻求腐蚀球形凹坑对压力管道极限载荷的影响 ,用有限元弹塑性分析法和试验方法 ,对含腐蚀球形凹坑缺陷的压力管道进行研究 ,得到了含不同球形腐蚀凹坑缺陷压力管道在内压和弯矩联合作用下的极限载荷。试验研究证明 ,在内压和外弯矩作用下 ,腐蚀球形凹坑底部应变值最大 ,并首先屈服 ,试验测定载荷 -应变曲线与有限元计算的基本一致 ,最大误差为 7 3 2 %。腐蚀凹坑半径相同时 ,管道的极限载荷随凹坑深度的增加而降低 ;而凹坑深度相同时 ,极限载荷随凹坑半径的加大而降低。     

输气管道环焊缝表面裂纹管道极限载荷计算方法

为了便于对天然气长输管道环焊缝缺陷进行准确快速的安全评估,建立了考虑裂纹尖端奇异性的含环焊缝缺陷的有限元模型,计算了不同缺陷尺寸下的管道环焊缝裂纹J积分,分析了焊缝匹配系数及材料硬化指数对J积分的影响,进而研究了基于J积分理论的含缺陷管道的极限载荷影响因素,并在此基础上提出了适用于特定匹配系数和材料硬化指数情况下能够实现J积分及极限载荷快速求解的工程计算公式。研究结果表明:①根据有限元计算结果拟合的工程计算公式具有较高的精度,可以满足较大缺陷几何尺寸范围内J积分求解,实现含环焊缝裂纹缺陷的管道极限载荷求解;②含环焊缝缺陷管道的裂纹J积分与缺陷尺寸、材料属性以及焊缝匹配系数密切相关,含缺陷管道的极限载荷会随着裂纹尺寸的增加而降低,而随着材料硬化指数的增大而增大;③对含环焊缝中心线处表面裂纹的X80钢制管道而言,低匹配焊接管道极限承载能力要弱于高匹配或等匹配焊接管道。结论认为,该研究成果可为现役输气管道的安全评价及完整性管理提供参考。     

球形封头上结构不连续处凹坑极限载荷分析

针对不同尺寸的含凹坑半球形封头与圆柱壳体连接结构压力容器 ,采用有限元极限分析方法研究了结构不连续处不同位置凹坑的极限载荷 ,得到了边缘应力效应对极限载荷几乎没有影响的结论 ,为含体积型缺陷的此类结构压力容器的安全评定提供指导。对有限元极限分析方法的正确性进行了实验验证 ,证明使用 5倍弹性斜率法求取极限载荷是合乎实际且偏于安全的     

螺栓连接式水下井口连接器结构性能分析

水下井口连接器是海洋油气勘探开发的重要设备,工作时面临的工况和环境较复杂。通过三维有限元计算,分析了螺栓连接式水下井口连接器在安装预紧模式、生产模式及钻完井和修井模式下的结构性能,研究了外部载荷、金属密封垫环接触力、螺栓应力应变等参数之间的相互影响规律。建模时密封垫环采用GK3D8单元来模拟接触的非线性行为,其他模型采用C3D8R单元划分网格。分析结果表明,内压循环载荷对连接器预紧能力的影响很小;钻完井和修井模式下,螺栓是毂面分离后的主要承载部件;连接器在发生塑性破坏或达到结构极限强度时,金属密封垫环仍能有效密封内压。     

隔水导管复合管柱载荷转移技术

为降低导管架平台建造成本,采用将导管架平台载荷转移至隔水导管-水泥环-表层套管复合管柱结构的方式以提高导管架平台承载能力的方法。分析导管架平台与复合管柱结构相互作用的机理,并建立复合管柱结构与导管架平台刚性连接时的载荷转移效率计算模型及复合管柱结构极限承载力计算模型。以渤海典型六腿平台为例进行平台载荷转移分析,采用载荷转移方式在保证复合管柱结构强度和稳定性的前提下可将导管架平台12.5%的载荷转移至复合管柱结构且减少导管架平台桩管入泥深度,为导管架平台结构优化设计和简化施工提供理论指导。     

多载荷联合作用下含缺陷结构载荷比计算

载荷比是开展含缺陷结构常规安全评定的必需参数。实际工况下结构多承受多载荷联合作用,但多载荷下含缺陷结构的载荷比计算还无确切方法。提出了适用于多载荷联合作用下含缺陷结构载荷比计算的单位球方法,并利用弹塑性有限元技术,以环向穿透裂纹弯管为例,对单位球方法的模型假设条件进行了验证。     

平面闭合弯矩作用下弯管塑性极限载荷分析与试验

对平面闭合弯矩作用下弯管的极限载荷进行了分析研究。研究采用有限元分析法、Kitching公式计算法和试验测定法。有限元分析结果表明 ,弯管的极限载荷随着弯管壁厚和弯曲系数的增加而增加 ,该结果与Kitching公式计算结果以及试验结果一致     

南海某油田防沉板极限承载力研究

防沉板是水下生产系统常用的基础结构之一,其极限承载力是影响上部结构安全稳定的重要因素。为解决南海油田防沉板的极限承载力计算问题,依托南海某油田水下生产系统,根据API规范,计算了防沉板在实际工况下的极限承载力; 采用Abaqus有限元软件,建立土体和防沉板的有限元模型,在对土体进行地应力平衡的基础上,采用位移控制法,得到了防沉板的载荷-位移曲线,据此得到防沉板基础的极限承载力,并分析土体在竖向位移下的破坏规律; 将依据API规范计算的极限承载力与有限元仿真结果进行对比,显示两者相差1.23%。研究成果对防沉板的稳定性评估具有一定的指导意义。     

高压厚壁容器斜向开孔强度分析及极限载荷计算

对一例高压厚壁容器斜向开孔三通支管,先采用工程经验设计方法对其进行强度校核,然后建立该开孔结构的三维有限元模型,将其计算结果与经验设计方法进行比较和分析,最后用ASME双弹性斜率法计算了顶部三通的极限载荷。     

聚能射孔对水泥环的冲击损伤试验及数值模拟

对于聚能射孔,现有研究主要集中于射孔后套管的破损及强度变化,对聚能射孔动态冲击载荷下水泥环损伤研究涉及较少。鉴于此,以聚能射孔冲击对水泥环的损伤为研究对象,开展了带温压的实弹射孔打靶试验,研究分析了射孔弹类型及水泥环自身性能对其损伤程度的影响。结合聚能射孔弹结构特性,采用有限元数值模拟软件建立射流形态仿真模型,可有效模拟射流的形成、发展和冲击动态过程,并计算动态冲击载荷。数值分析与试验结果对比表明,建立的套管-水泥环-地层数值模型和水泥环损伤数值模型可有效模拟射孔动态冲击载荷作用下的水泥环损伤情况。研究结果可为射孔参数优化和水泥浆体系优化设计提供指导,对提高射孔后水泥环的力学完整性,降低射孔冲击对水泥环的损伤,延长油气井寿命具有重要意义。     

自升式平台桩靴滑移实时监测技术研究——以罗布雷300型平台为例

以发生损伤的罗布雷300型平台为例,建立了自升式平台的整体有限元模型和桩腿-导向板接触区的局部模型,分析了桩靴滑移产生的桩腿结构各处的位移、倾斜角度及船体上下导向板处的载荷、升降装置载荷和桩腿半圆板的应力接近或达到材料弹性极限时导向板各结构的应力应变状态,提出了监测平台桩靴滑移的位移测量和应变测量技术。结果表明,桩靴滑移时下导板以下桩腿发生明显倾斜,升降装置载荷超过额定载荷,在导向板肋板处有应变变化较为缓慢的区域,可以通过应变反算桩腿-导向板接触载荷。     

基于ANSYS的LNG储罐风载荷效应数值分析

为研究风载荷对大型全容式LNG储罐的影响,以某项目16万m3储罐为模型,借助ANSYS有限元软件,搭建LNG储罐精细化模型。依照《建筑结构荷载规范》,计算储罐墙体和穹顶处风压值,借助APDL工具,为有限元模型单元加载差异化风载荷,仿真分析风载荷效应。数值分析结果表明,风载荷产生的位移和应力相对较小,并非控制工况。分析了结构相对薄弱处的位移和应力规律,可供相关工程和设计人员参考。     

水泥环弹性参数对套管—水泥环—地层固结体结构完整性的影响

油气井套管试压、压裂等施工作业过程中,套管—水泥环—地层固结体将产生应力与变形响应。过高的载荷作用下,可能会造成水泥环本体破坏、胶结界面撕开等结构破坏形式,危及水泥环的封固效果。应用力学原理及有限元理论,建立了套管—水泥环—地层固结体力学模型,分析了水泥环弹性常数对固结体结构完整性的影响。研究结果表明,水泥环弹性模量较小时,变形能力强,载荷作用下不易于产生结构破坏,卸载后抗撕裂能力较好;高地应力地层条件下,泊松比越小水泥环抗破坏能力越强;低地应力地层,泊松比越大胶结界面抗撕开能力越好。工程中应根据封固井深等具体情况综合考虑加载、卸载两种载荷作用方式对水泥环弹性参数进行优选。     

油田闸板防喷器弹塑性应力计算及评定

闸板防喷器是油田开采中的重要井控设备,是井口安全控制的重要保障.防喷器内部结构复杂,需要详细地对承压结构进行强度分析和计算,以保证设备安全运行,并为结构优化提供重要依据.基于JB 4732—1995《钢制压力容器——分析设计标准》和有限元方法,采用应力分类法和极限载荷法对闸板防喷器壳体进行强度分析,应用子模型技术提取结...     

含轴向裂纹等径焊制三通的塑性极限载荷

在几个简化假设的前提下 ,采用弹塑性有限元方法 ,系统分析了内压下含轴向裂纹的等径焊制三通的极限载荷及其变化规律 ,分别给出了含轴向裂纹、穿透型裂纹及表面裂纹的三通极限载荷的估算公式 ,并将估算公式计算出的值与有限元数值解进行了比较。结果表明 ,深短裂纹和浅表面裂纹对极限载荷影响很小 ,内表面和外表面两种裂纹形式对极限载荷的影响差别不大 ,可采用外表面裂纹来分析 ;给出的估算公式具有较高的精度和合理的保守性     

环焊缝余高及热影响区宽度对管道环焊接头轴向承载能力的影响

以OD559 mm×31.8 mm L485管道为研究对象,采用有限元方法研究了其环焊缝余高和热影响区宽度变化对熔化极气体保护焊(GMAW)环焊接头的轴向承载能力影响。研究结果表明,当环焊缝和母材是高强匹配时,GMAW环焊接头的轴向极限载荷和轴向平均应变随HAZ宽度增大而减小,失效位置由管体转移到热影响区。当HAZ宽度小于2 mm时,即使HAZ的强度比母材强度低20%,在拉伸载荷下环焊接头的轴向应变也主要发生在母材。环焊缝余高高度和宽度增加对GMAW环焊接头轴向极限载荷和轴向平均应变影响较小,但较大的焊缝余高高度和宽度会导致管道内壁根焊两侧附近产生较大轴向应力和应变而发生失效。