2017年第5期导读

<正>本期论文广场栏目中,灰锁局部结构的有限元分析一文,以灰锁设备为例,对设备中的局部斜接管进行了应力分析及疲劳评定。由分析结果得出,内倒角半径越大,线性化路径的壁厚越薄,峰值应力越大,越不利于容器抗疲劳失效。船用运输钛罐的有限元分析、换热器试压环的优化设计、膜式分油机系统流程设计、顶张式立管长期涡激振动疲劳分析、浮筒式平台上部模块总体布置研究、导管架吊装吊点的设计分析、固定式海洋石油平台吊机底     

釜式重沸器锥壳上开设人孔分析

对釜式重沸器斜锥壳上开设人孔的结构建立了简化力学模型,并进行了有限元计算,发现该结构的最大应力强度点发生在斜锥壳开孔与接管的连接区,且位于斜锥壳具有最大倾斜角的经线上靠近大端筒体侧的接管内壁。对几组人孔的分析计算及应力强度评定结果表明,该结构人孔接管及斜锥壳壁厚需要有一定的裕度才能满足强度要求。此类结构可行,建议进行详细的应力分析以保证结构的安全性。     

压力容器斜接管应力计算方法研究

圆柱形压力容器斜接管的应力计算还没有一个简便可行的计算公式。通过对影响斜接管应力分布因素的分析,利用空间解析几何的坐标变换理论,结合回归分析方法得到了斜接管应力集中区域应力分布的半理论半经验计算公式,其计算结果与实验数据比较最大误差不超过20%。该计算方法可为此类结构的应力分析和设计计算,特别是在役斜接管的快速安全评价提供依据和参考。     

高速牙轮钻头轴承双金属密封结构优选分析

通过对双金属密封结构进行失效分析,得出失效的主要原因是:密封结构内部支撑角度和倒角半径的大小设计不合理导致弹性元件上的应力过大和应力集中,加速了弹性元件磨损和老化。利用有限元分析软件Workbench分析了O形橡胶圈上最大Mises应力和最大剪切应力在不同支撑角度和倒角半径下的分布情况,并对支撑角度和倒角半径进行了优选。分析结果表明,双金属密封结构的支撑角度和倒角大小对O形橡胶圈的应力影响较大;当支撑角度为15°、倒角半径为0.3 mm时,O形橡胶圈最大Mises应力和最大剪切应力最小,应力集中问题得到解决。     

基于ANSYS的特殊结构换热器管板应力分析

应用ANSYS分析软件,对某特殊结构臭氧发生器管板及相应接管区域建立三维实体模型,并在三种危险组合操作工况下对其进行应力分析与评价,分别得出相应的管板及接管区域应力分布规律。相关结果为该臭氧发生器的设计制造提供了理论依据,并对该类型特殊结构的换热设备应力分析与评价提供了一种思路与方法。     

低温压力容器大约束结构接管应力分析

以某工程项目中采用常规设计方法设计的低温压力容器为例,对现有结构中存在的大约束结构接管进行应力分析,得到其内部的应力分布情况,基于分析结果,对现有结构进行改进。通过对解除大约束后的结构进行应力分析,并与原结构分析结果进行对比,直观地获得这种大约束结构造成的应力水平增加情况,证明去掉大约束结构后接管与壳体连接处的应力水平得到明显改善,降低了由于局部应力过大而产生的焊缝开裂,导致容器发生渗漏的风险,对含有大约束结构接管设备,尤其是低温压力容器及具有低周疲劳工况的压力容器的设计提供了理论支持。     

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。     

带内伸接管加强圈补强结构应力分布

针对带内伸接管加强圈补强结构的圆柱形内压容器 ,以DXF格式文件为中介 ,用数学方法自动生成的有限元计算模型进行了三维线弹性有限元应力分析 ,得到了内压圆柱壳带内伸接管加强圈补强结构的应力分布规律。在接管与筒体相贯线最低处筒体内壁上的当量应力最大 ,应该作为设计中的主要控制参数。分析结果为带内伸接管加强圈补强结构的设计提供了依据     

球形容器接管计算机下料

在石油化工设备的制造生产过程中经常遇到容器接管问题 ,传统方法是采用手工放样画线 ,其速度慢、误差大 ,影响设备制造质量。笔者运用数学方法讨论分析了球形容器接管下料问题 ,提出了运用计算机快速、准确放样下料的方法。图 1　球形容器与接管迪卡尔坐标系用数学方法建立球形容器接管在展开后曲线的数学模型。设球形容器的半径为 R,接管的半径为r,两轴正面投影间的距离为 H,水平投影间的距离为 L,建立球形容器的迪卡尔坐标系 O- xyz,接管的迪卡尔坐标系 O1- x1y1z1,见图 1。球面的曲面方程为 :x2 y2 z2 =R2 ( 1 )　　接管的曲面方…     

风载与内压联合作用对圆柱壳支管应力影响的探讨

塔器是石化装置中常见的高耸设备,此类设备除压力、重力等载荷外,设计时还须考虑风载荷和地震载荷。风载荷除产生诱导振动外,对塔器横截面产生的风弯曲对设备壳体和接管根部应力也会造成影响。当前设备设计的常用软件,在计算圆柱壳支管应力时,通常是按内压载荷进行开孔补强计算,计算中只计入压力载荷而没有计入风载荷。对于何时需要计入风载荷的影响规范中没有给出判断条件,须由设计人员自行考虑确定。为此,本文以某塔器的圆柱壳径向接管为例,结合力学基本理论,对风载荷与内压联合作用下接管根部应力进行探讨,给出一个便于工程实际应用的判断方法,供工程技术人员参考。     

钻杆内加厚过渡区参数优选

钻杆加厚过渡区的内过渡半径(R)及内锥体(Miu)过小,导致表面应力高度集中,引发该区域疲劳失效严重,大大缩短了钻具的使用寿命。通过Ansys有限元软件计算构件的表面应力分布,分析不同的Miu和R对表面应力的影响,优选钻杆过渡区参数组合。     

平封头双开孔接管结构有限元应力分析

平封头开孔接管区结构不连续,应力分布复杂,导致局部应力集中。利用有限元软件ANSYS,采用线弹性分析方法和极限载荷分析方法对平封头双开孔接管结构进行计算分析,将接管轴向拉力、轴向推力分别与内压耦合,得到了平封头双开孔接管结构应力分布及变化规律。计算分析结果表明,接管轴向拉力使平封头双开孔接管连接区弹性应力变大,应力集中程度提高,降低了平封头双开孔接管连接区的极限承载能力;接管轴向推力使平封头双开孔接管连接区弹性应力变小,提高了平封头双开孔接管连接区的极限承载能力。     

塔设备大接管现场改造若干问题

从设计、焊接、热处理和耐压试验等方面对CO2汽提塔大接管改造中遇到的问题进行了探讨,改造接管部位最危险工况为内压＋重力载荷＋开孔面法线方向风载荷组合工况,此工况下大开孔和不规则补强应力校核满足JB4732—1995（（钢制压力容器——分析设计标准》要求。采用回火焊道技术并在焊接时采用专用夹具和优化的焊接顺序施焊,有效地降低了焊接残余应力。改造中严格执行改造工艺,在满足汽提塔结构强度和密封性的前提下免除了水压试验。改造后设备运行平稳,质量良好。     

内压圆柱壳内伸式接管补强结构应力分布

针对内压圆柱形容器大开孔率内伸式接管补强结构,进行了三维线弹性有限元应力分析,得到内压圆柱壳内伸式接管补强结构的应力分布规律。以DXF格式文件为中介,用数学方法自动生成的有限元计算模型是可靠的,应用这个模型进行有限元分析可以得到内压圆柱壳内伸式接管补强结构的应力集中系数,为研究其应力集中系数规律奠定了基础。     

筒体轴向斜接管开孔补强计算的探讨

利用ANSYS有限元软件,对不同倾角斜接管与当量径向接管进行有限元应力对比分析,阐述了当轴向斜接管倾斜角过大,其接管与筒体连接处的弯曲应力不能忽略,如采用等面积补强方法进行开孔补强计算会存在一定风险。     

热环境下容器开孔接管应力评定及疲劳分析

利用ANSYS建立容器开孔接管三维模型,针对其结构及载荷特点,将容器开孔接管结构离散,采用APDL语言编程对容器开孔接管在内压及热载荷作用下的静态力学行为进行了计算及疲劳分析,给出了应力评定和疲劳结果。计算结果表明,由于接管与筒体相贯处应力集中很大,一次加二次应力程度较高;设备在保温情况下,温度波动对疲劳造成的疲劳影响很小。     

压力容器非径向斜接管开孔补强研究

压力容器由于工艺需求,需要设置非径向倾斜接管,使用常规设计软件无法计算。运用ANSYS有限元分析软件对压力容器筒体上的非径向倾斜接管结构进行应力分析,对接管与设备连接区应力线性化处理,获得了压力容器接管连接区应力分布,结果表明筒体上非径向倾斜接管开孔补强合格。     

船体运动在水下设备管道应力分析中的影响与研究

对水下设备管道在运输工况下所受荷载进行了研究与分析。依据DNV-RU-SHIP计算水下设备在船体受到波浪载荷而引起的加速度,并分析了横向、纵向及垂向加速度对管道的影响,最后利用Auto PIPE软件对管道进行应力分析计算。本文对水下设备管道应力分析中的运输工况进行了详细研究,并提供了理论依据,此分析与计算方法可为以后工程项目的管道设计提供参考。     

2000m超深水水下分离器承压结构强度分析

以2 000 m超深水卧式重力分离器承压结构为研究对象,依据分离器危险工况建立了参数化精细模型,探讨了分离器强度校核方法。在静力分析确定分离器局部危险位置的基础上,在危险位置对总体应力进行分析并参照压力容器相关标准的相应限制对各当量应力进行校核,计算了分离器的结构强度;分析了手孔壁厚、接管壁厚及支座形式等结构因素对分离器整体强度的影响。分析结果表明,增大手孔及接管厚度将会减小手孔及接管处应力,但对分离器其余部分应力基本无影响;当支座采用倾斜支撑形式时会产生巨大应力导致支座破坏,但塑性流动基本不会影响筒体应力场,支座形式对筒体强度基本无影响,设计分离器支座时应优先选用竖直支撑形式。     

大膨胀率膨胀管的工艺参数优选及试验

根据膨胀管膨胀过程的大塑性变形特点,讨论了膨胀管模拟过程中强化方式、应力-应变类型、膨胀锥半锥角以及膨胀锥膨胀区末端的倒角半径对膨胀载荷的影响,并把有限元模拟结果与膨胀试验数据进行对比分析。研究结果表明:倒角半径取值介于膨胀管膨胀前后管内半径之间时,膨胀载荷和膨胀锥的等效应力最小;采用真应力-应变曲线所得到的模拟结果与膨胀试验相比,误差较小,而采用工程应力-应变曲线和理想弹塑性力学模型进行模拟时,所得结果误差较大。