基于有限元的外载作用下弯头局部强度分析

弯头是海上平台管道系统的重要管件,它不仅能改变介质流向,而且可以吸收热位移并减小管道推力。当弯头受到内压、轴向力、弯矩、扭矩等载荷作用时,弯头内侧、局部减薄等区域容易出现应力集中。本文以公称直径DN100、壁厚SCH160的90度长半径弯头为研究对象,应用APDL语言编写了计算弯头局部强度的命令流,分析弯头及弯头支架在内压、轴向力、弯矩、扭矩联合载荷作用下的应力分布并校核其局部强度。     

不等厚P92弯头的应力分析

本文采用有限元方法，分析了不等厚P92弯头在工作压力下的应力分布。结果表明，弯头轴向截面沿环向，在内壁位于内弧侧的应力最大，中性层的应力最小；弯头轴向截面沿环向，在外壁侧位于中性层的应力最大，外弧侧的应力最小。弯头0°环向截面沿轴向，在内壁整体应力分布最大，90°环向截面沿轴向，整体应力分布最小；弯头0°、45°、90°环向截面沿轴向，在内壁整体应力分布最大，180°环向截面沿轴向，在外壁整体应力分布最小。通过上述分析了解了不等厚P92弯头在工况下的应力分布情况，为该类弯头的受力分析及寿命评估提供了一定的理论基础。     

内压作用下椭圆管道应力及极限载荷数值分析

采用有限元方法分析含椭圆度的管道在内压作用下的应力分布和塑性极限载荷,考察不同椭圆度、壁厚以及管径条件下,管道应力分布和极限载荷值的变化。结果表明,含椭圆度管道的最大应力随椭圆度的增大而迅速增大,管道极限载荷值随椭圆度增大而线性减小,椭圆度、壁厚及管径对管道的安全性有很大影响。     

椭圆度对埋地弯管抗震性能的影响分析

为分析不同椭圆度对埋地弯管抗震性能的影响,利用软件ANSYS建立含不同椭圆度埋地弯管的有限元模型,研究不同内压荷载以及不同场地条件下椭圆弯管的地震反应,并分析应力与变形规律。研究发现:在内压与地震动联合作用下,弯管中性线处位移最大,随着椭圆度的增加,位移不断增大且最大位置由弯管截面转移到弯管与直管相交处;随着椭圆度的增加,应力最大面由外拱内表面转为内拱内表面,应加强监测与防护;含有相同椭圆度的弯管,在Ⅰ类和Ⅳ类场地上的地震反应要比在Ⅱ类和Ⅲ类场地上大;地震作用下,运行压力越小的管道产生的应力峰值越小,允许椭圆度越大。研究结果对于弯管的抗震设计与检测维护有重要的参考意义。     

弯头极限载荷研究概述

系统总结了当前对弯头极限载荷控制的研究现状,重点介绍了内压载荷、平面内弯矩以及内压和弯矩联合作用下的弯头极限载荷计算方法,讨论了制造过程中弯曲弧段截面椭圆化（扁平效应）和厚度不均匀弯头极限载荷的影响,并结合实际应用提出了弯头极限载荷控制研究目前存在的问题和未来的发展趋势。     

Ω形密封环的应力分析

作为弹性密封元件,Ω形密封环广泛应用于高参数工况条件下,掌握其在工况下的应力 应变状况是Ω环设计的重要内容。采用非线性有限元法对Ω形密封环在内压以及内压 轴向载荷作用下的应力 应变分布进行了计算,计算结果表明在轴向载荷与内压共同作用下,Ω环内的最大应变值出现在环壳 圆弧段交界面或环圈 圆弧段交界面上。该研究结果为Ω形密封环的极限设计提供了依据。     

大型90°弯头应力测试与爆破试验研究

通过对一大型90°弯头进行应力测试与爆破试验，得到了内压载荷下该厚壁弯头的外壁应力分布情况，确定了弯头的薄弱部位，并将试验结果与理论计算结果进行了比较。试验结果可为大型厚壁弯头的设计，制造及使用提供参考数据。     

大型90°弯头应力测试与爆破试验研究

通过对一大型90°弯头进行应力测试与爆破试验,得到了内压载荷下该厚壁弯头的外壁应力分布情况,确定了弯头的薄弱部位,并将试验结果与理论计算结果进行了比较。试验结果可为大型厚壁弯头的设计,制造及使用提供参考数据。     

含裂纹弯头的极限载荷试验研究

为了试验研究含面型缺陷弯头的极限承载能力,设计并进行了8个无缝弯头试样在内压和张开模式的平面内弯矩试验,对其中的无缺陷和有缺陷弯头记录了相应的压力—体积变化曲线、压力—裂纹嘴张开位移曲线、力—加载点位移曲线或力—裂纹嘴张开位移曲线,并对弯头截面的椭圆度和弯矩载荷之间的关系进行了分析。根据测试得到的曲线确定了这8个弯头试件的试验塑性极限载荷,并将试验结果与有关理论进行了分析比较。     

基于ANSYS的立式储罐应力分析

应用ANSYS软件分析了立式储罐工作时罐体与封头的应力分布.结果表明：储罐罐体受载荷作用时等效应力较大,最大等效应力处于罐体的内壁区域;罐体与封头连接区内壁处的等效应力值最大,随着由内壁向外壁的推移,等效应力呈近乎线性下降;人孔内壁处附近的等效应力值最高.     

含轴向穿透裂纹的三通管道应力强度因子有限元分析

针对开孔率d/D=0.5的焊制三通管道,基于ANSYS软件及其APDL编程,采用三维奇异元,对开孔率为d/D=0.5的焊制管道三通进行数值模拟。主要考察三通在内压、主管端部面内和面外弯矩以及扭矩载荷作用下的主管腹部轴向穿透裂纹的复合型应力强度因子。通过改变裂纹位置和尺寸,计算获得不同大小的轴向穿透裂纹由主管腹部移至焊缝附近过程中的三类应力强度因子各自的变化规律和危险位置。这些结果在应力强度因子手册中尚未涉及,对工程中含缺陷三通管道的剩余强度评定具有参考价值。     

管壳式换热器外导流筒的强度分析

本文以壳体理论为基础,获得了管壳式换热器外导流筒在内压和轴向载荷作用下的弹性解析解。并通过对近百个解析计算结果的多元回归,建立了满足一定工程精度要求的外导流筒在内压和轴向载荷作用下的应力和轴向位移的近似计算公式。     

水泥厂热风管道的优化设计(一)

以2500t/d新型干法窑生产线为例,进行了热风管道的优化设计的三方面研究:(1)介绍了窑尾风管的四种优化方案,每种方案均可有效缩短管道高度5m左右,从而可降低建设钢材用量约10t左右,且能减小运行阻力、节约电耗。(2)进行了用钢板焊成的风管弯头的柔性研究,计算了弯头的柔性系数和应力增大系数。结果表明,完成与直管相同的变形,钢板焊成的风管弯头所产生的力远远小于直管;但弯头处应力则远大于直管。(3)对一级筒至增湿塔风管及窑尾烟囱在预热器塔架上的导向支座方案进行了研究探讨。研究表明,悬挑梁支承方案用钢量较高;而用简单的拉压杆支承体系,在保证热风管道和烟囱在风载荷或地震作用下水平方向稳定时,可实现纵向自由伸缩,并可有效节约建设投资。     

套管磨损的平面应力有限元分析

在油田钻井过程中,由于钻杆的偏心,套管内壁会出现磨损。利用有限元分析软件ANSYS建立套管模型,内壁取不同磨损量,并对其内壁施加载荷,计算在不同磨损量下套管的抗内压强度。可以发现,在一定的内压力内,套管的抗内压强度与内壁的磨损量基本成线性关系。文中对套管截面进行了平面应力分析。     

基于ASME Ⅷ2-2017 Y型三通热-结构耦合分析及疲劳分析

三通管件因总体结构不连续,应力集中明显,在高压作用下,需要一定的厚度才能满足静强度要求,但随着厚度的增加,沿厚度方向的温度梯度也会增大,温差应力也会增高,在与内压共同作用下,三通管件内壁转角局部区域出现高应力,不仅容易造成局部失效,而且在循环载荷作用下会降低三通管件的使用寿命,在整个管道设计使用年限内容易存在安全隐患。本文以ASTM SA182F347H材料的厚壁Y型三通管件为例,采用ASME Ⅷ2-2017标准中第五篇的分析计算方法,进行内压作用下的静强度分析,热应力分析,以及热结构耦合分析,并对其在循环载荷作用下的疲劳强度进行安全评定,为工程设计人员提供参考。     

含局部减薄缺陷压力管道的塑性极限载荷数值分析和安全评定研究

局部减薄是压力管道一种常见的体积型缺陷。对含体积型缺陷管道,一般采用塑性极限载荷评价其承载能力和安全性。因此准确预测含局部减薄缺陷压力管道的极限载荷,对于压力管道的安全评定具有重要意义。通过有限元分析的方法,对承受内压、弯矩及弯矩和内压组合作用下的局部减薄压力管道极限载荷开展了研究工作。研究结果表明,在内压单独作用时,局部减薄缺陷的深度和轴向长度压力管道极限载荷影响显著,而周向长度的影响较小;在弯矩单独作用时,局部减薄缺陷的深度与周向长度对压力管道极限弯矩的影响显著,而轴向长度的影响较小。根据计算结果,得到了含局部减薄缺陷管道在内压和弯矩载荷联合作用下的安全评定方法。     

弯管端部管道外载荷的平移处理及有限元分析

接管与壳体连接部位的局部应力校核评定是压力容器设计中经常遇到而又十分重要的问题。在进行局部应力校核时,软件需要输入的管道外载荷与载荷条件的给定值往往不一致。介绍了弯管端部载荷等效平移到直管端部的处理方法,并使用ANSYS有限元分析软件建立了三维模型,对载荷平移前后的结果进行了验证,验证结果显示该公式有效可行。     

扩散应力对圆筒结构中渗C的影响

运用数值方法模拟C浓度和扩散应力沿壁厚方向随扩散时间的演变规律,研究圆筒结构在平面应变情况下扩散应力对渗C的影响.结果表明:扩散应力增大了C的有效扩散系数,从而加速了质量传递的过程;当扩散时间一定时,C浓度和平均浓度随着圆筒外径与内径比值的增大而减小.圆筒中内表面渗C导致径向应力从内壁到外壁始终为压应力,周向和轴向应力在内壁附近为压应力,在外壁附近为拉应力.     

岩石三轴压缩端部效应及受力变形状态数值模拟

为研究端部效应对岩石三轴压缩过程中受力和变形的影响,应用ABAQUS对岩石三轴压缩试验进行模拟,分析岩石外、内部应力应变云图的演化及不同路径上各单元的应力应变。结果表明：（1）在端部摩擦作用下,试件端部附近的应力、应变分布较为复杂。（2）弹性阶段靠近上下端部约13mm范围内受端部效应影响,轴向应力较小,径向应力较大,径向应变较小;中间约24mm范围内受端部影响较小,轴向、径向受力和变形较为均匀。（3）靠近端部的水平路径上,两侧的径向应力、应变较大,中部较小;位于中部的水平路径上径向应力、应变分布较为均匀。（4）在弹性阶段,位于试件中下部水平路径上各单元应变均匀增大;在破坏阶段,穿过应变局部化带单元应变快速增加,应力有所减小,发生应力转移,其余单元应变减小,发生变形回弹现象。     

基于ANSYS Workbench的螺旋缠绕管式换热器有限元应力分析

采用有限元分析技术,运用ANSYS Workbench,在三种不同操作工况下,对螺旋缠绕管式换热器和普通直管式换热器在压力载荷和温度载荷共同作用下进行应力分析并比较。