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。     

含圆形凹坑管材爆破压力计算方法的研究

采用有限元分析软件ANSYS,对静水内压作用下含圆形凹坑管材进行了大变形塑性极限分析。引入承受内压管材爆破压力的概念,基于Considère判据获得的塑性拉伸失稳极限载荷,推导了含圆形凹坑管材爆破压力的计算公式。研究结果显示,在考察的凹坑半径和余厚的范围内,无量纲极限载荷在一定程度上与凹坑半径和余厚呈线性关系,且无量纲极限载荷的增量较稳定,均值为0.05。推导出的爆破压力理论解与有限元模拟得到的爆破压力数值解具有较高的可比性,最大的相对误差不超过9%。当圆形凹坑的半径一定时,二者的相对误差随着凹坑余厚的减小而增大。基于含圆形凹坑管材大变形塑性拉伸失稳极限载荷推导出的爆破压力计算公式可以较准确地预测其爆破压力,可作为材料力学性能试验的参考。     

压力容器凹坑缺陷的尺寸效应对疲劳寿命的影响

凹坑缺陷是压力容器中较为常见的典型体积缺陷。由于凹坑缺陷形成的原因有多种,产生的凹坑形状各异、尺寸不同,对设备的安全影响也各不同。凹坑缺陷的存在,导致应力集中,产生局部峰值应力,在长期的交变载荷作用下,会造成设备的疲劳破坏,缩短设备的使用寿命。本文采用有限元数值分析的方法,重点分析了凹坑尺寸效应与容器疲劳寿命的关系。为今后对凹坑缺陷的安全评定及检修提供参考。     

含气孔缺陷球形压力容器极限载荷的研究

为寻求气孔对球形压力容器极限载荷的影响 ,通过弹塑性有限元法和极限分析方法 ,对含气孔缺陷的球形压力容器极限载荷进行了计算 ,得出含气孔缺陷球壳极限载荷随气孔的长短轴比A/B ,相对深度 2C/T的增大而减小的规律。同时分析了其塑性区扩展过程和失效模式 ,得出两种塑性失效模式 :含小气孔 (A/B和 2C/T均小 )球壳失效模式是整体破坏 ;含大气孔(A/B和 2C/T均大 )球壳产生局部塑性铰 ,其失效模式是局部泄漏。最后 ,把气孔影响球壳极限载荷的多种因素化简为无量纲参数G0 来反映气孔缺陷的特征 ,并以G0 来拟合极限载荷计算公式。     

未焊透对焊接接头强度和寿命的影响

压力容器焊接缺陷的安全评定一直是人们关注的问题。本文研究了单面焊未焊透对压力容器用钢焊接接头强度和寿命的影响,给出了含未焊透缺陷焊接结构的极限载荷和疲劳扩展寿命的估算方法。     

含大面积减薄区高压汽包安全评价

对含有大面积减薄区的高压汽包进行了弹性有限元分析,借鉴分析设计规范JB 4732—95对高压汽包进行了应力评定。采用弹塑性有限元分析方法计算了含大面积减薄区高压汽包的极限载荷,结果表明汽包是安全的,并且具有较大的安全裕度。     

含减薄区的高压蒸汽包安全分析

采用有限元分析方法详细分析了含有大面积减薄区的高压汽包弹性应力分布 ,借鉴分析设计规范对高压汽包进行了应力评定 ,并且采用有限元弹塑性分析方法计算了含有大面积减薄区的高压汽包的极限载荷。结果表明含有大面积减薄区的高压汽包是安全的 ,并且具有较大的安全裕度     

含蚀坑缺陷压力管道极限载荷预测分析

为评价含蚀坑缺陷压力管道极限载荷，基于CT扫描三维几何重构实体化几何模型建模方法，结合损伤力学分析方法，提出了基于CT扫描三维几何重构含蚀坑缺陷压力管道扩展有限元分析方法，即基于数字孪生的含蚀坑缺陷压力管道极限承载能力图像有限元分析方法，采用理论计算对该方法进行了准确性和可靠性验证。研究结果表明，重构模型与真实模型的几何结构参数最大误差不超过2.75%，证明重构方法在管道检测上是几何精确的，重构模型可用于工程计算；扩展有限元计算结果与DNV-RP-F101—2004、 PCORRC两种方法所得结果基本吻合，最大误差分别为8.877%和15.846%，证明基于扩展有限元方法的管道承载力预测方法可以满足工程应用需要。     

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     

含腐蚀缺陷燃气管道极限载荷的有限元分析

本文利用有限元弹塑性分析方法,对含腐蚀缺陷的燃气管道进行了非线性分析,研究了腐蚀缺陷的长度、宽度和深度对燃气管道极限载荷的影响。并和含腐蚀缺陷管道的全尺寸爆破试验结果以及ASME B31G计算的结果进行对比。     

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。     

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     

FZ28-105闸板防喷器承压件在装配体下的应力计算

闸板防喷器关键承压件三维模型有限元分析目前存在一定的局限性。为此,利用Cosmosworks有限元分析软件开展了FZ28 105闸板防喷器的壳体及侧门等关键承压件的力学分析。在装配体下先定义防喷器计算的约束边界、载荷及其有限元网格等条件,把装配体中的壳体与侧门在载荷的冲击下作为整体分析,然后分别在额定工作压力（157.5 MPa）和静水压力（105 MPa）试验条件下进行应力分析计算。结果表明：最大应力都发生在壳体垂直通孔与长圆形通孔相贯的上壁,为减少其应力的过度集中,在设计中应将该处作倒角处理;静水压试验压力载荷状态的上壁应力值达到591.2 MPa,额定工作压力状态的上壁最大等效应力值为391.2 MPa,均小于屈服极限值785 MPa,壳体处于弹性状态,壳体、侧门设计强度符合API规范,说明该设计是安全的。该成果为成功试制FZ28 105闸板防喷器提供了关键的支持数据。     

深水半潜式钻井平台典型节点谱疲劳分析

应用辐射／绕射理论计算平台遭受的水动力载荷,将水动力载荷传递给深水半潜式钻井平台总体有限元模型,计算平台的总体结构响应。建立平台典型节点有限元细网格模型,以平台总体结构响应分析结果为基础,确定典型节点模型边界条件,考虑典型节点结构所受水动力载荷和重力栽荷,计算典型节点的热点应力传递函数,用谱疲劳分析方法并依据Miner准则评估平台在中国南海环境条件下典型节点的疲劳寿命。     

水龙头中心管螺纹连接承载能力与密封性能分析

在石油钻井中,水龙头中心管的载荷主要是由中心管螺纹来承担,所以螺纹连接的可靠性就直接决定了水龙头工作的可靠性。针对内压、轴向力和旋螺纹转矩3种载荷形式,采用有限元法,对中心管和接头螺纹连接在3种不同工况下进行了研究,分别得出了中心管螺纹Von Mises应力分布,轴向位移分布规律,以及螺纹接触应力分布曲线。结果表明,在最大工况下,中心管各啮合螺纹仍然具有承受载荷的能力,整个中心管不会被拉断;螺纹自身密封性很好,可以代替密封圈起密封泥浆的作用。     

管程介质温差对管箱法兰密封性能的影响

利用ANSYS软件建立了U形管换热器或浮头式换热器管箱法兰密封系统三维有限元模型,并将预紧状态与操作状态紧密联系,在一定程度上分析了在预紧、只有压力作用以及压力与温差共同作用时3种工况下管箱法兰的密封性能。     

深井岩盐层套管外载的三维有限元分析

深埋于地下的岩盐在一定地应力和温度作用下发生蠕变,对井中的套管产生随时间而变化的外载,致使套管变形甚至挤毁,为此,针对塔里木油田羊塔地区岩盐层的温度、应力状态及其蠕变特性,建立了岩盐层、水泥环和套管耦合的三维有限元力学模型,研究了地应力状态及其大小、井内液体支撑压力对岩盐层套管受力的影响规律。研究表明,非均匀地应力作用下,盐岩蠕变产生的套管外载是非均匀的,在最小地应力方向的套管外载最大,此时若按上覆地层压力计算套管外挤载荷局限性较大。应用新模型对深井、超深井封固岩盐层的?250.83 mm套管、?177.8 mm套管和?206.38 mm 3种技术套管的强度进行了分析,计算结果与该油田技术套管挤毁的情况吻合,可见新建模型是合理的,可为深井岩盐层套管强度设计提供理论依据。     

复杂载荷下实际塑性极限载荷的工程确定法

简单评述了已有的极限载荷判定准则,并结合内压、拉伸和弯曲联合载荷下的管道应力情况,提出了一个确定联合载荷下塑性极限载荷的工程方法。     

液压加固补贴对破漏套管的仿真研究

针对胜利油田长距离套管损坏井连续破漏及管体刺漏等套管失效工况,以∅139.7 mm×7.72 mm的N80套管为例,借助于ABAQUS有限元软件建立了破漏套管经液压加固补贴后的有限元模型,并对套管组合体模型的承载极限进行了定量分析。研究结果表明:破漏套管表面裂缝的存在对套管组合体承受外挤工况的影响较大,而对组合体承受轴向拉力、轴向压力以及内压等工况的影响甚微;当破漏套管最小裂缝宽度小于2.5 mm时,经液压加固补贴后的组合体在轴向拉力、轴向压力、内压以及外挤等4种载荷工况下的承载极限均高于无损套管的承载极限,满足现场工况要求;而当最小裂缝宽度大于6.5 mm时,补贴后的套管组合体承受的极限外挤载荷小于63.4 MPa,抵抗极限外挤的能力有所降低;通过更改补贴管材质,可明显提高补贴组合体在内压及外挤工况下的极限承载能力。研究结果对现场施工作业具有一定的指导作用。     

压力容器大开孔补强结构强度有限元分析

运用压力面积法和ASME法计算分析了一受内压模型容器筒体大开孔补强结构,用极限分析法求出其极限载荷和设计载荷,并用分析设计法进行了验证。通过比较和分析可知,由于压力面积法中没有考虑弯曲应力的限制,将其用于大开孔补强设计时有时不可靠。实际压力容器大开孔补强结构应有较大的安全系数,用ASME法和有限单元法进行大开孔补强设计是合理和安全的。