钻铤连接螺纹断裂失效分析及结构优化

针对钻铤断裂事故,建立了2种普通API钻铤螺纹连接部位的有限元模型,并用有限元方法分析了不同模型在不同钻压条件下的应力分布情况,同时对API标准应力减轻槽的钻铤公头螺纹连接部位进行了结构优化。以公头螺纹连接处2个过渡圆角半径R1、R2为设计变量,分析了在一定条件下不同尺寸的R1、R2所对应的螺纹连接处应力的分布情况,改进的螺纹应力减轻槽可有效降低螺纹连接处的应力集中水平,并成功解决了库尔德地区钻铤螺纹断裂失效事故。     

铺管船锚机滚筒轴的有限元分析及优化设计

常规键槽轴的应力水平对轴的疲劳寿命影响很大 ,因此需要准确计算其应力水平。以铺管船锚机滚筒轴为例 ,对其进行有限元分析 ,结果表明 ,这种滚筒轴的最大应力出现在键槽端部的上边缘 ;最大应力随键槽台阶的过渡圆角半径增加而有所降低 ,但最大应力降低并不显著 ;最大应力随键槽离台阶的距离增加而降低 ,应力降低幅度比过渡圆角明显。过渡圆角半径的增加和键槽离台阶的距离增加对台阶根部及键槽根部的影响都较大。在设计轴的过程中 ,可以在轴台阶处采用圆角过渡 ,尽量避免键槽与台阶的距离为零的结构 ,以减小最大应力     

钻铤螺纹应力分析及结构优化

在钻井过程中，经常发生下部钻具组合断裂失效事故，其主要失效部位是在钻铤薄弱部位——螺纹连接处，由于螺纹类型复杂，过渡部位易发生应力集中，造成钻具疲劳断裂破坏。针对钻铤断裂事故，建立了常规钻铤螺纹连接部位3种螺纹类型的有限元模型，并采用线弹性有限元方法分析了不同模型在不同钻压条件下的应力分布情况，同时对使用API标准应力减轻槽的钻铤螺纹连接部位进行了结构优化设计。在设计中以螺纹连接处两个过渡圆角半径R1、R2为设计变量，分析了在一定条件下不同尺寸的R1、R2所对应的螺纹连接处应力分布情况。对比分析可知，在满足钻铤强度条件下，改进的螺纹应力减轻槽可有效降低螺纹连接处的应力集中水平，从理论上说明该方法是可行的。     

往复式压缩机曲轴强度影响因素研究

过渡圆角形式和半径、润滑油道直径以及连杆轴颈的长度等是影响曲轴强度的重要因素。结合正交试验设计,运用三维建模技术建立16组不同影响因素组合下的往复式压缩机曲轴模型,按照有限宽度轴径油膜压力分布规律对其施加载荷,经求解分析,得出各因素与曲轴强度的关系。针对由曲轴结构复杂而导致在过渡圆角处出现的应力奇异现象,提出外插值的方法进行评估。结果表明,除连杆轴颈的长度对曲轴的强度影响不大外,过渡圆角的形式以及半径大小均有不同程度的影响,其中内圆角的应力值远大于外圆角。研究往复式压缩机曲轴强度的影响因素,对曲轴设计时部分尺寸的选用以及强度校核有一定指导作用。     

钻具连接螺纹疲劳寿命分析与优化设计

建立了钻具连接螺纹的三维空间有限元模型,分析了钻具螺纹在轴向动载荷、弯矩和扭矩作用下的疲劳寿命,并对连接螺纹进行了优化设计。结果表明,钻铤NC螺纹的寿命明显高于钻杆NC螺纹,而钻杆NC螺纹的寿命要高于其他连接螺纹。轴向力对钻具螺纹疲劳影响小,扭矩和弯矩对钻具螺纹疲劳影响较大。对钻具螺纹进行螺纹参数和连接参数的优选,可以延长螺纹的疲劳寿命并降低其应力。其中钻铤螺纹疲劳寿命延长了44.1%,钻杆螺纹疲劳寿命延长了12%。钻铤螺纹等效应力最大降低了40.36%,钻杆螺纹等效应力最大降低了15.06%。对于新型连接螺纹的设计,可以从螺纹锥度、牙底圆角半径、减应力槽直径和第1扣削顶高度入手。     

裙座与塔式容器不同连接型式的对比分析

随着石油化工设备向大型化和轻量化方向发展,塔式容器的操作工况也越来越复杂。在不同类型载荷的作用下,裙座与塔体连接处的应力分布各有不同,设计中如何正确地选取连接型式成为设计人比较关注的问题。文章采用有限元方法对裙座与塔式容器的不同连接型式展开了研究,探讨其在不同载荷下的应力分布和变形特点,同时考察了不同对齐方式对连接处的影响,为裙座支撑容器的设计提供参考。     

35MPa采油井口装置大四通有限元分析与优化

采用ANSYS软件对35MPa采油井口装置大四通进行有限元分析,得到了应力分布状态,在此基础上以主壁厚、内圆角和外圆角这3个结构参数为设计变量,以重量最轻作为目标函数对大四通进行了结构优化,获得了满足强度条件下重量最轻的设计方案。结果表明,优化后的大四通重量减少了13.48%,最大等效应力降低了9.71%,可有效降低成本,提高大四通的工作可靠性。     

有限元法在钻铤螺纹结构优化中的应用

在空气钻井中,经常发生由钻铤螺纹断裂引起的下部钻具组合失效事故。在现场资料分析基础上,运用UG软件建立了钻铤螺纹联接模型,然后通过有限元软件分析了钻铤螺纹应力分布,得出了钻铤螺纹在不同工况、结构条件下的等效应力分布情况,并对钻铤螺纹结构优化设计过程进行了相应说明。通过算例分析,得出了应力减轻槽的过渡圆角R1=8 mm,R2=15 mm为最优值。     

缠绕管式换热器管板T形和对接连接结构对比分析

缠绕管式换热器具有结构紧凑、换热效率高等优点,主要应用于食品、石油、天然气和化工行业。本文对T形和对接两种管板和筒体连接方式,通过建模、定义约束、施加载荷、数值计算及结果分析,用有限元法分析两种连接方式的应力分布特点,用分析设计相关标准进行评定。结果表明:在相同载荷及相同管板和筒体厚度的情况下,对接连接方式应力值更小,结构更为合理。     

拔制六通管及其连接结构的安全性研究

针对承插式六通管易在承插焊缝附近开裂失效的问题,研制了拔制式六通管。六通管与支管采用对接焊缝,并实施焊前预热,焊后整体消除应力热处理,工艺方法可行,工艺参数合理。通过对试验模型的应力测试和采用ANSYS有限元软件进行数值模拟计算,得出六通管的最大应力点在六通管与横穿其中间部位支管的连接处,制造时此处过渡圆角应尽量大一些。采用第三强度理论做应力分析及评定,认为结构应力强度满足要求。     

中高压压缩机曲轴断裂失效分析

用有限元方法计算出中高压压缩机曲轴的应力状态并校核了危险截面的静强度和疲劳强度,对过渡圆角表面粗糙度对曲轴强度的影响进行了分析,结果表明,过渡圆角表面粗糙度是影响曲轴强度的直接因素,应当引起足够重视并严格控制。     

球形封头与圆筒连接过渡段应力分析

为评估球形封头与圆筒连接过渡段的应力水平,采用了解析法对球形封头与圆筒常用的3种连接方式进行了评估。计算结果表明,过渡段结构的应力符合相应标准的规定,且有较大的强度裕量。为了进一步研究过渡段长度和球形封头与圆筒直径差值对该部位应力水平的影响,采用了有限单元法对设定模型进行了应力分析,分析结果显示:过渡段长度在标准规定范围内变化对各类应力的影响很小,结构设计中可不考虑其对强度的影响;球形封头内径与圆筒内径差值越大,过渡段小端一次加二次应力强度和峰值应力强度越大,最大值与最小值之比分别约为1.5和2.0。     

顶驱中心管接头螺纹连接性能分析

顶驱中心管螺纹连接的可靠与否影响到钻井安全。采用有限元法对中心管在预紧和额定载荷2种工况下的应力应变特性进行了研究,得出中心管的等效应力分布及在各危险截面上定义的路径的应力分布曲线。结果表明,在2种载荷工况下,中心管各啮合螺纹仍然具有承受载荷的能力,但载荷分布的不均匀性对螺纹接头的连接性能有重要影响,部分螺牙的等效应力和接触压应力均较高,有可能导致粘扣或屈服破坏。     

海洋柔性立管弯曲限制器非线性建模及参数敏感性分析

为防止柔性立管在应用过程中发生过度弯曲,设计弯曲限制器对立管进行保护。针对海洋立管弯曲限制器所受荷载以及工况要求,采用有限元分析软件对弯曲限制器及立管组合结构进行非线性建模,讨论设计参数和材料参数对其自身防止立管弯曲性能的影响。根据曲率变化和应力分布情况进行性能评估及优化,得到相应结论,对弯曲限制器的设计提供一定的支持与参考。     

高压注水复合管线连接方式优选及仿真分析

高压注水复合管线中嵌入高强度、低密度、高耐磨性、长寿命及耐蚀性的内衬管,可大幅度提高管线的使用寿命。以支干线小口径复合管线为研究对象,设计三种连接方式连接处的内衬结构。基于流固耦合理论,建立了不同连接方式复合管线的流固耦合有限元仿真分析模型,研究高压注水条件下支干线小口径复合管线最佳连接方式,以及注水流量对复合管线内衬应力的影响规律。针对选取的连接方式,设计了管线内衬厚度,分析流量对复合管线内衬应力的影响,为支干线小口径高压复合管线的设计及工程应用提供参考。     

基于VB的ANSYS管板强度校核及其优化设计

利用ANSYS的APDL语言编写换热器管板的建模、分网、加载和后处理宏文件,将管板结构参数和流体参数设为变量,通过VB程序改变ANSYS中管板分析宏文件的参数,然后利用Toolbar按钮调用宏文件实现非标管板强度校核的模块化。利用模块化程序对管板的七种工况进行了强度校核,得出管板的危险工况和危险路径。经校核该换热器管板的各工况下应力强度均满足要求,利用ANSYS优化方法得出管板的最小体积,经验证满足强度要求。     

复合板固定管板热交换器设计中的几点探讨

复合板固定管板热交换器兼具高强度和耐腐蚀优点,在诸多行业中得到广泛应用。对复合板固定管板热交换器设计中的若干问题,如涉及复合管板相关事项、计算输入的简化及管孔结构的选择等进行了分析和探讨,论证了换热管承受轴向压应力时爆炸复合管板应用的可行性,点明了复合管板与换热管焊接连接拉脱应力计算中材料许用应力的取值误区,给出了SW6软件中壳程复层厚度的简化输入方式,阐明了复合管板与换热管连接方式的选择细节。可为复合板固定管板热交换器的设计提供有益参考。     

甲烷化废热锅炉管板温度场与应力分析

甲烷化废热锅炉入口温度高达620℃,管壳程温差较大,管板承受内压与温差载荷双重作用.设计中管程选用内部衬里的冷壁结构,管板选用带折边的柔性薄管板结构.由于柔性管板应力状态复杂且各工况不同,难以用常规方法进行设计.基于有限元分析软件ANSYS,以入口端管板及其相连部件为研究对象,并取1/4整体结构及1/2壳程长度进行建模,对其进行温度场分析,得出管板各部分的温度分布,然后综合考虑压力与温度载荷的作用,分4种工况对管板进行详细的应力分析.温度场分析结果表明,各部位的实际温度均低于设计温度,绝热系统布置符合设计要求;应力分析结果表明,管板结构尺寸合理,各载荷工况下管板危险截面的应力强度均满足JB 4732-1995《钢制压力容器——分析设计标准》（2005年确认）要求.     

非对称布管的挠性管板应力分析及结构优化

基于某公司的挠性管板预热器,以非对称布管的挠性管板为研究对象,运用有限元软件ANSYS对非对称布管的挠性管板进行多工况模拟,得出管板的各类应力水平及应力分布规律。根据JB 4732-1995《钢制压力容器--分析设计标准(2005年确认)》对挠性管板进行应力校核,发现部分工况下管板应力评定不合格。对非对称布管的挠性管板提出了增加管板厚度和增设支撑筋板2种优化方案并进行了数值模拟。分析结果表明,增加支撑筋板可以有效降低管板各类应力,且安全裕度较大,对挠性管板的工程设计具有一定的指导意义。     

2FZ18-35型小修作业用双闸板防喷器壳体设计

在研究小修作业用双闸板防喷器结构特征的基础上，提出了双闸板防喷器壳体结构设计的基本原则，并设计了一种新型壳体结构。为验证设计的合理性，对所设计的壳体进行了有限元分析，提出了建立1／4模型进行有限分析的建模方法，利用该模型，分析了法兰与壳体联接部分过渡圆角对壳体应力的影响，得到圆角半径在9～12mm之间为宜。经70MPa静水压试验分析结果表明，壳体强度满足API规范要求。