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。     

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.     

接管纵向弯矩下带补强圈容器结构的极限分析

极限分析更能反应结构的性能,进一步发挥材料的潜能,利用试验研究和有限元模拟两种方法分别对3台具有不同d／D比的带补强圈圆柱形容器在接管纵向弯矩作用下进行了极限分析,分析比较了不同求解方法时该结构极限载荷的大小和变化。研究结果表明,在极限分析过程中,可直接用载荷－位移法来确定其极限载荷,且用有限元分析方法代替昂贵的试验研究是一种可行的方法。     

接管外载荷作用下补强圈结构的应力分析

本文对接管外载荷在具有补强圈补强的圆筒压力容器中引起的局部应力进行了试验研究及有限元分析。三台具有不同d／D比的模型容器的研究结果表明，无论在接管轴向推力还是在接管纵向弯矩及横向弯矩的作用下，补强圈的补强效果是明显的。它使接管区容器上的应力明显降低。研究结果同时表明，由接管横向弯矩在容器横向截面内产生的应力比同样大小的接管纵向弯矩在容器纵向截面内产生的应力大得多。     

圆柱壳开孔接管结构极限载荷的参数化分析

具有径向接管的圆柱壳结构的极限承载能力与三个无量纲参数:开孔率d/D、壁厚比t/T和D/T有关。运用正交试验设计方法,设计了64组不同参数的圆柱壳模型,利用有限元分析软件ANSYS对模型进行模拟,求得模型的极限载荷。由回归分析法得到了模型极限载荷的回归方程。通过分析与试验和有限元计算的验证,证明回归模型是正确的,指出参数化分析法在压力容器上应用是有效的。     

接管形式对容器极限载荷的影响

本文对接管横向弯矩和纵向弯矩作用下的不同接管形式的圆柱壳开孔—接管结构进行试验研究和三维非线性有限元分析,并进行极限载荷的分析比较研究。结果表明：在相同极限载荷确定准则下,有限元计算极限载荷值比试验极限载荷值要大;在承受相同的接管外载荷下,具有内侧填焊缝的内伸接管结构比普通齐平式焊缝结构的极限载荷值大。因此在开孔—接管结构设计中,具有内侧填角焊缝的内伸接管结构是一种值得应用的结构。     

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。     

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。     

带压开孔管道在弯矩作用下强度性能的试验研究

采用与带压开孔中相同的焊接工艺(间断焊)制造2台带压开孔试验模型,分别用于横向和纵向的弯矩试验,研究带压开孔管道的强度性能.结果表明,在弯矩作用下,带压开孔结构的支管和主管两侧的弹性应力分布呈现反对称性,在支管和主管的相贯区附近有明显的应力集中现象,支管和主管相贯区受拉侧关键点的极限弯矩值最小,应力值最大,此处为结构的危险区域;在结构尺寸和材料相同的情况下,承受纵向弯矩模型的极限弯矩大于承受横向弯矩模型的极限弯矩,二者的比值为1.68.     

具有30°斜接管内压容器极限载荷的有限元分析

本文用三维有限元的方法研究带 30°斜接管的圆柱形容器在内压作用下的极限载荷 ,通过计算确定了容器的应力集中系数、塑性区的扩展情况以及容器的变形情况 ,并用两倍弹性斜率法和双切线法确定了结构的极限载荷。文章通过比较 ,发现ASME规范中给出的斜接管结构应力集中系数算法比较保守。本文还对小变形理论和大变形理论的结果作了比较 ,得出在计算结构的极限载荷时 ,用小变形理论亦可得到足够精确的结果     

内压作用下含双外凹坑缺陷压力管道的评定方法研究

通过有限元软件ABAQUS计算了内压作用下含双外凹坑压力管道的极限载荷,讨论了在不同深度作用下,两个凹坑沿轴向和环向排列时的极限载荷变化,并认为凹坑的深度为影响极限载荷的主要因素,凹坑沿轴向、环向排列为次要因素。最后对所计算模型,分别应用BS7910-2005,ASMEB31C-2009,API579—1ASMEFFS-1-2007与GB／T19624-2004等标准对多凹坑处理方法进行分析。     

推力滑动轴承表面织构的优化设计

在推力滑动轴承表面设计轴对称分布的扇形直槽织构,以提高轴承的流体动压润滑性能。为对扇形直槽的参数(直槽的数目、深度和面积比)进行优化设计,将轴承的内外径、转速、润滑油黏度、轴承间隙以及直槽参数作为变量,求解不同变量值下的Reynolds方程,得到油膜承载力,运用最小二乘法对承载力的离散数据进行拟合,得到承载力的拟合函数,并推导出摩擦因数的表达式。针对"轴承间隙已知,要求承载力最大或者摩擦因数最小,以及承载力已知,要求轴承间隙最大或者摩擦因数最小"这四种约束条件及优化目标,利用承载力和摩擦因数的拟合公式,得到对应的直槽参数的最优值。通过数值试验,将拟合公式计算的承载力、轴承间隙和摩擦因数与直接求解Reynolds方程得到的结果进行对比,验证了直槽参数优化结果的正确性。设计加工三种具有不同直槽数目和深度的扇形直槽织构并进行摩擦试验,通过对比摩擦因数的计算值和试验值后发现,承载力和摩擦因数的拟合公式在趋势上是正确的,直槽参数的优化结果是可信的。     

Limit load analysis for the piping branch junctions under in-plane moment

An approximate analysis approach for plastic limit load of piping branch junctions, by means of the relationship of the internal force between the main and branch pipes around intersection line, is presented in this work. The approach is built on the following process: based on the external force equilibrium condition, an equation between the limit load and internal force of the branch pipe around intersection is derived firstly. And then, taking this internal force as an external force acting on the intersection of the main pipe, the approximate solution of the internal force around the intersection on the main pipe is given as a function of the limit load. Finally, referring to the von-Mises yield criterion, the limit load of component with two intersecting cylindrical shells is then obtained. In use of the proposed approach, a closed form of limit load solution for piping branch junction under in-plane moment is developed. Finite element (FE) models of the idealized piping branch junction with various diameters and wall-thickness of the main and branch pipes were analyzed by using nonlinear FE software. The limit loads from FE analysis, from the proposed solution and six experimental data of real piping branch junctions are compared. Overall good agreement between the different limit loads was observed which provides confidence in the use of the proposed formulae in practice.     

内压作用下斜接管容器塑性极限载荷的数值研究

对三台具有斜接管的圆柱形容器(θ=30°,45°,60°)在内压作用下的塑性变形特征及塑性极限载荷进行了三维非线性有限元数值研究.结果表明:斜接管与筒体截交区纵向截面的锐角侧材料首先进入塑性状态.截交区附近出现明显的塑性变形,纵向截面内发生径向收缩,而横向截面出现明显的径向鼓胀,接管与筒体间的夹角减小.结果同时提供了三台容器的极限载荷值,为该类容器的分析设计提供了依据和参考.     

Limit load solution for electron beam welded joints with single edge weld center crack in tension

Limit loads are widely studied and several limit load solutions are proposed to some typical geometry of weldments.However,there are no limit load solutions exist for the single edge crack weldments in tension(SEC(T)),which is also a typical geometry in fracture analysis.The mis-matching limit load for thick plate with SEC(T) are investigated and the special limit load solutions are proposed based on the available mis-matching limit load solutions and systematic finite element analyses.The real weld configurations are simplified as a strip,and different weld strength mis-matching ratio M,crack depth/width ratio a/W and weld width 2H are in consideration.As a result,it is found that there exists excellent agreement between the limit load solutions and the FE results for almost all the mis-matching ration M,a/W and ligament-to-weld width ratio(W-a)/H.Moreover,useful recommendations are given for evaluating the limit loads of the EBW structure with SEC(T).For the EBW joints with SEC(T),the mis-matching limit loads can be obtained assuming that the components are wholly made of base metal,when M changing from 1.6 to 0.6.When M decreasing to 0.4,the mis-matching limit loads can be obtained assuming that the components are wholly made of base metal only for large value of(W-a)/H.The recommendations may be useful for evaluating the limit loads of the EBW structures with SEC(T).The engineering simplifications are given for assessing the limit loads of electron beam welded structure with SEC(T).     

对中美压力容器分析设计规范中关于安全系数调整的讨论

ASME-BPVC-Ⅷ第二册2007版和TSG R0004—2009《固定式压力容器安全技术监察规程》对压力容器分析设计的安全系数均进行了调整。首先讨论了安全系数调整对中美分析设计规范中最大许用应力值的影响,其次对内压作用下的不同外内径比的圆筒作极限分析与线弹性应力分析,得到极限分析的许用载荷[P]和线弹性应力分析的许用载荷P,通过对安全系数调整前后比值P/[P]的分析比较,讨论了中美分析设计规范中关于安全系数调整的合理性。     

某型飞机翼身连接接头可靠性分析

首先将标准有限元程序与改进的均值法相结合，对某型飞机翼身连接接头处的刚度可靠性进行分析，结果表明在所给载荷和允许应变的情况下，该接头结构在外载变异系数为0．15，弹性模量和剪切模量的变异系数分别为0．05时仍具有较高的可靠度。然后又将标准有限元分析程序与响应面法结合，在假设接头的响应极限状态方程为一不包括交叉项的二次多项式的基础上，利用有限元分析确定响应极限状态方程，通过迭代运算，保证响应极限状态方程在最有可能失效点处与接头结构真实的隐式极限状态方程有很好的近似程度。两种方法的计算结果具有较好的一致性。最后基于弹塑性应变分析，给出大过载情况下低周疲劳寿命可靠性分析结果，得到在给定寿命要求下结构可靠度随疲劳寿命变异系数变化的曲线，并给出在要求可靠度情况下安全寿命随疲劳寿命变异系数的变化曲线，为该型飞机的设计定型提供依据。     

基于田口方法的PEEK/AISI 630在海水环境中的磨损敏感性试验研究

海水液压元件摩擦副材料的表面粗糙度、接触载荷、滑动速度等因素对其摩擦磨损性能具有重要影响,而各因素之间又存在着摩擦磨损交互作用。基于田口方法对PEEK/AISI 630摩擦副进行摩擦磨损试验设计,研究了摩擦副的表面粗糙度、接触载荷和滑动速度对其磨损交互性、敏感性的影响。采用极差分析确定3因素在PEEK/AISI 630摩擦学行为中的相互关系和影响主次顺序;利用方差分析得到3因素对摩擦系数、磨损率影响的显著程度和贡献率;最后,对试验数据进行回归分析,从而获得表面粗糙度、接触载荷、滑动速度分别与摩擦系数、体积磨损量之间的经验公式(又称回归方程),并对回归模型进行可靠性分析。