压弯载荷下底部减薄三通塑性极限载荷分析

采用有限元分析软件ANSYS,对常见等径三通进行数值模拟分析,求得内压与弯矩联合作用下的塑性极限载荷有限元解;研究了不同比例内压、面外弯矩联合载荷作用下,底部减薄尺寸对三通失效模式和极限承载能力的影响。研究结果表明,无量纲化的底部减薄深度c≥0.4时,缺陷的存在才会对三通极限承载能力有显著影响。内压较大时,轴向减薄尺寸是造成底部塑性失效的主要因素。通过对大量算例的拟合,提出了压弯联合载荷作用下含底部减薄三通的塑性极限载荷工程估算公式。     

含局部减薄缺陷管道的极限载荷与安全评定

运用正交实验设计和弹塑性有限元分析相结合的方法 ,对含局部减薄缺陷压力管道的极限载荷进行了研究 ,分析了局部减薄缺陷对管子极限载荷的影响因素。研究结果表明 ,缺陷的深度是管子极限载荷 (内压和弯矩 )的主要影响因素 ,而缺陷的周向长度和轴向长度分别对管子的极限内压和弯矩的影响较小。据此研究结果 ,提出了含局部减薄缺陷压力管道在内压和弯矩联合作用下的安全评定方法     

整圈未焊透三通塑性极限内压的影响因素解析

三通是压力管道系统中不可缺少的管道元件，但国内对存在未焊透缺陷的三通研究很少。基于有限元方法分别计算了插入焊和跨接焊两种整圈未焊透三通，插入焊三通有限元模型所得的无量纲化塑性极限内压值要大于跨接焊三通有限元模型所得值，在后续工作中可用后者模型替代前者，既能保证安全又大大减少工作量。选取了7个参量，分别计算分析了每个参量对整圈未焊透三通无量纲塑性极限内压的影响程度。确定了三通强度因子、主管管径比和未焊透深度为整圈未焊透深度敏感三通无量纲塑性极限内压的主要影响因素；其中前两者为整圈未焊透深度非敏感三通无量纲塑性极限内压的主要影响因素。     

平面闭合弯矩作用下外拱局部减薄弯管塑性极限载荷

采用有限元分析法和试验测定法,对平面闭合弯矩作用下外拱局部减薄弯管的极限载荷进行了研究,并由有限元计算结果数据拟合出外拱局部减薄弯管塑性极限弯矩的计算公式,该公式的计算结果与有限元计算结果、试验结果比较符合。     

面内弯矩下双弯头组合管件的极限载荷研究

针对压力管道中最常见的组合型谱(长径双弯头)构成的组合管件,采用有限元分析法,研究了其在面内弯矩作用下的力学特性,得到了长径双弯头组合管件的塑性极限弯矩,并给出工程估算式。结果表明,组合管件是一种既安全又方便的新型压力管道元件,现有管件的极限载荷估算公式不适用于组合管件,是偏危险的;通过计算结果拟合出适合于工程应用的长径双弯头组合管件的塑性极限弯矩的工程估算式精度足够。研究成果对于组合管件的工程设计与安全使用具有重要的参考价值。     

管道轴向内腐蚀极限荷载的数值仿真分析

为了研究轴向内腐蚀对管道极限荷载的影响,利用有限元软件ANSYS对轴向内腐蚀管道进行数值仿真分析。在分析中考虑了几何非线性和材料非线性,采用了线弹性-线性加工强化模型和BinFu失效准则,得到了不同腐蚀尺寸对极限荷载的影响以及管壁缺陷处的应力分布状态,同时拟合出了一个轴向内腐蚀极限荷载的回归方程。     

整圈未焊透三通塑性极限内压的估算式拟合及验证

根据极限内压对未焊透深度敏感程度的不同,把三通定义为深度敏感整圈未焊透三通和深度非敏感整圈未焊透三通。基于大量计算数据,拟合得出整圈未焊透三通量纲一塑性极限内压工程估算公式。同时通过多组算例,对工程估算式和有限元解进行了比较,验证了估算式的精度。     

含环向裂纹等径焊制三通极限压力(Ⅰ)--有限元分析

采用三维弹塑性小变形有限元技术,对内压下含以腹部为中心的环向裂纹等径焊制三通的极限载荷进行了系统分析.结果表明,浅裂纹(a/T≤0.5)和短深裂纹(a/T≥0.75)对极限压力影响很小,肩部中心裂纹对三通极限承载能力的削弱远小于腹部中心裂纹.此结果可为压力管件完整性评估提供基础数据.     

含环向裂纹等径焊制三通极限压力（I）——有限元分析

采用三维弹塑性小变形有限元技术,对内压下含以腹部为中心的环向裂纹等径焊制三通的极限载荷进行了系统分析.结果表明,浅裂纹(a/T≤0.5)和短深裂纹(a/T≥0.75)对极限压力影响很小,肩部中心裂纹对三通极限承载能力的削弱远小于腹部中心裂纹.此结果可为压力管件完整性评估提供基础数据.     

横力弯矩作用下周向裂纹管的塑性极限载荷

目前对承受弯矩的裂纹管道的塑性极限载荷的研究一般都只限于纯弯矩 ,而工程实际中承受弯矩载荷的管道大部分是横力弯矩 ,截面上同时存在正应力和剪应力 ,尤其是管道的跨度较短 ,所受的横向力较大时 ,剪应力对管道的极限承载能力有较大的影响。基于以上考虑 ,建立了含周向裂纹管道在横力弯矩组合载荷作用下的塑性极限分析模型 ,推导了包含埋藏裂纹、内表面裂纹、外表面裂纹和穿透裂纹等不同裂纹形式在拉力、横向力及内压作用下的极限载荷计算公式 ,计算公式可用于周向裂纹管道在各种载荷条件下的安全可靠性评估     

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。     

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     

接管弯矩作用下容器极限载荷研究

对圆柱形容器在接管外载荷作用下的塑性极限载荷进行了研究。用 2台容器进行试验 ,并将试验结果与三维有限元数值模拟结果进行比较。研究表明上述 2种方法获得的接管塑性极限载荷基本一致 ,均可用于确定设备接管的塑性极限外载荷 ,并进行极限设计     

双台肩钻杆接头三维力学分析

建立了双台肩钻杆接头的三维有限元模型,利用显式动力学有限元方法分析了双台肩钻杆接头在上扣扭矩、轴向拉力和弯矩作用下的力学特性。相比二维轴对称模型,三维有限元模型可以考虑螺纹的螺旋升角,有效地模拟螺纹接头的上扣特性。计算结果表明,上扣扭矩的作用使得接头在螺纹牙、主台肩、副台肩处产生一定的预紧力,从而实现公扣、母扣间的过盈配合;轴向拉力使得螺纹牙上的接触压力上升而主台肩、副台肩上的接触压力下降,这一方面加重了螺纹牙的负担,另一方面也影响了接头的密封性能;在弯矩的作用下,钻杆接头的应力分布呈现出明显的非对称特性。此外,在上扣扭矩和轴向拉力作用下,各螺纹牙的承载很不均匀,两端的几牙螺纹承担了大部分的载荷,而中间段螺纹牙仅承担了小部分载荷。     

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     

深水水下井口弯矩能力有限元分析

为确定水下井口的抗弯能力,通过对影响水下井口弯矩能力的各种因素进行有限元敏感性分析,获取各种因素对井口弯矩能力影响的规律,进而提取出各因素对弯矩能力影响的保守值,并把各保守值作为弯矩能力确定计算的输入,最后用ANSYS有限元分析软件计算出水下井口的最终弯矩能力。结果显示,在刚性锁紧预紧力作用下,水下井口的抗弯能力可达到5.89 Mft·lbf,与国际主流水下井口厂商的抗弯能力相当。     

弯矩下含肩部穿透裂纹接管应力强度因子研究

在弯矩作用下,含裂纹接管的应力强度因子研究鲜见报道,其研究结果对丰富缺陷压力容器的安全评定具有重要的意义。采用三维有限元方法,对含肩部穿透裂纹接管在弯矩作用下裂纹的应力强度因子KIM进行计算和分析。研究结果表明,弯矩与KIM呈线性关系,裂纹长度越大,KIM越大;接管和容器的壁厚增加、容器开孔增大,KIM均减少。同时给出了KIM拟合式和KIM与各参数关系以用于对此类缺陷的安全评定。