空冷器管箱焊接处的焊缝强度分析

针对化工空冷器的管箱、接管及其连接处的焊缝在高压力和腐蚀性介质的作用下长期工作,设备的应力场分析十分复杂的情况,在充分考虑实际工况的基础上,运用大型通用有限元软件ABAQUS建立了化工空冷设备管箱、接管及其连接处焊缝的有限元模型,对设备在高压力载荷下进行了模拟计算,求解得到了管箱、接管及其连接处的应力场.结果表明:在设计压力为2.53 MPa工况下,最大应力发生在管箱和接管连接区域的焊缝上,管箱和接管连接处的焊缝上无局部屈服,焊缝满足静力强度要求,在椭圆形环的两端,不需要环形加强板.     

热处理对超厚板焊接残余应力影响的数值分析

基于ABAQUS软件的热弹塑性有限元程序,对390 mm超厚度20MnMoNb钢板拼焊制造EO反应器管板的焊接过程进行焊接残余应力与变形有限元模拟,考察焊后500℃热处理对板内残余应力与变形的影响。结果表明:超厚板焊态在焊缝及热影响区存在高度不均匀的残余应力,由于为了限制管板的变形,在板面上施压有配重,导致先焊面的残余应力较大,特别是在靠近表面的焊缝及热影响区附近存在残余拉应力峰值;后焊面的残余应力相对较小一些;焊缝内部为残余压应力;焊后管板发生了一端翘起的角变形;500℃热处理可明显降低厚板的焊接残余应力,且使应力分布趋于均匀,但热处理后焊接变形有所增大。     

焊缝层数对特厚度管板焊接残余应力与变形影响的有限元分析

基于ABAQUS软件,建立了顺序耦合的焊接残余应力与变形有限元计算程序,对大型环氧乙烷（EO）反应器国产化中采用的390 mm厚20MnMoNb特厚板拼焊反应器管板的焊接过程进行了残余应力与变形计算,并讨论采用不同焊缝层数对管板焊后残余应力与变形的影响.焊接采用双U形坡口,通过翻转管板进行两面坡口的交替焊接,为防止管板发生过度变形,焊接时始终在管板两端压有重量为4.5 MN配重.计算结果表明：焊后管板发生了一端翘起的角变形,在靠近表层的焊缝及热影响区存在较大残余拉应力,在焊缝内部为较大的残余压应力;由于配重对变形的限制导致先焊面的应力大于后焊面;增加焊缝层数,使变形增加,残余应力降低,但并不显著.对如此大型特厚板约束焊,增加焊缝层数不是降低其焊接残余应力的有效手段.     

地下钢筋混凝土岔管围岩稳定及结构数值分析

以国内某抽水蓄能电站的钢筋混凝土岔管工程为例,从围岩开挖支护、围岩与衬砌相互作用和钢筋混凝土结构等方提出了围岩、混凝土等材料的数值模拟方法,通过三维有限元线性和非线性计算,分析研究了地下钢筋混凝土岔管在施工、运行等工况下,围岩、衬砌结构的应力与变形,以及混凝土岔管结构配筋和配筋后应力、裂缝开展等问题.结果表明：在开挖阶段由于地应力释放在主、岔洞交叉处会产生拉应力,塑性区开展较深;正常运行工况在内水压力作用下岔管结构大部分区域存在拉应力,裂缝较大;检修工况在外水压力作用下仅在主、岔管交叉处存在拉应力区,裂缝较小;结构配筋时,轴向配筋应该由外水作用的工况来控制,环向配筋由内水作用为主的工况来控制.     

加氢反应器隔板开裂原因分析

某炼油厂加氢反应器使用一段时间后,隔板开裂,开裂部位位于隔板与管箱连接处近焊缝母材。通过金相组织、化学成分、断口形貌分析等方法,对隔板开裂原因进行分析,结果表明,加氢反应器隔板开裂是由应力引起的疲劳开裂。     

甲醇合成塔管板有限元分析及优化

借助ANSYS软件,对甲醇合成塔的7种工况进行应力分析和安全评定,并通过改变管板与壳体连接过渡圆角对管板进行优化分析.结果表明,最大等效应力均出现在几何形状不连续处;热应力是影响管板应力的主要应力,由于热应力的影响,含温度载荷的工况等效应力数值较大;对7种工况进行应力评定,评定结果均为合格;并针对工况5通过改变过渡圆角半径进行优化,明显改善了管板的应力分布状况.所得结论对甲醇合成塔的应力评定和优化分析有一定的参考价值.     

管壳式换热器进口管箱流场的数值模拟分析

管壳式换热器进口管箱中流体的流场分布对换热器的换热效率和管子与管板连接处的泄漏失效有着重要的影响。采用流体力学的方法,对不同流量下,不同管箱直径、长度、不同管程数时管箱内的流场和压力场的分布进行了数值模拟。模拟结果清晰地显示出管箱内流场和压力场的分布状况,可用于分析不同区域管子与管板的连接接头开裂、泄漏和换热器整体换热强度不高的原因,指出了改善管箱内流场分布的途径,对工程实际具有重要的理论和应用价值。     

考虑流固耦合与上部结构影响的半地下厂房地震响应模拟

某中型电站半地下厂房,采用后浇带设计方案,即在板、墙、梁相应位置留设临时施工缝,若干时间后再浇注该施工缝混凝土,浇筑完成之后厂房成为一个整体结构,不存在变形缝,此类大跨度水电站厂房比较少见.在考虑了流固耦合与上部结构的影响下,针对该厂房在三向耦合地震激励下的各典型运行工况的振动特性及应力应变情况进行了分析.结果表明,流固耦合对反映厂房在有水工况下的自振特性具有较大的影响,流固区的范围差值导致厂房的不协调振动是影响该厂房地震响应幅值的主要原因;并且当地震发生时,1、2号机或3、4号机同时发电运行对于厂房结构的应力状态最为不利,为此类半地下厂房的抗震设计和安全运行提供可靠参考.     

高速铁路大跨度钢管混凝土系杆拱桥温度效应分析

以徐州至盐城新建高速铁路项目为依托,研究了高速铁路大跨度钢管混凝土系杆拱桥温度效应问题.采用有限元模型分析软件Midas Civil建立全桥有限元模型,在整体升温、梯度升温、拱肋纵/横向温差等温度效应工况下,温度效应对桥梁内力及变形的影响进行分析.结果表明:温度效应对弯矩影响较大,拱肋与梁体连接处为内力薄弱点,是最容易发生破坏的部位;对温度效应下桥梁关键部位应力进行分析,整体温度变化对主梁及拱肋应力影响较大,应力最大值均出现在拱脚;温度效应作用下,主梁和拱肋变形只在整体温度变化工况下有明显变化,主要表现在纵向和竖向变形;对温度效应下吊杆内力进行分析,整体升温和梯度升温对吊杆内力影响较大,较大紧绷出现在5号和10号吊杆;通过参数及敏感性分析,研究温度效应对桥梁结构的影响规律,在设计和施工中减少温度效应对结构的影响;通过对大跨度钢管混凝土系杆拱桥在温度效应下的力学特性分析,分析结果为同类型桥梁的温度效应分析提供依据和参考.     

移动式采油平台的强度分析

移动式采油平台(MOPU)是国外较为流行的边际油田开发工具。参考国外的成型MOPU作为母型,对该平台形式进行了结构设计,应用有限元方法,建立整体结构计算分析的有限元模型,针对渤海海况计算确定了组合工况下平台的环境荷载,对MOPU平台进行在位强度分析。计算结果显示,多种工况下的平台整体结构应力分布,最大应力出现在立柱与沉垫的连接处的横舱壁上,相对于钢质材料的极限承载力仍留有较大裕度。计算分析结果表明该平台可以应用于渤海边际油田的开发。     

空气载能辐射空调混合通风协同运行研究

基于空气载能辐射空调房间内的稳态关闭门窗、非稳态开门及非稳态开窗3种工况的试验测量,分别建立3种工况的CFD(Computational Fluid Dynamics)模型,研究稳态和非稳态工况下空气载能辐射空调的热舒适性和结露特性.基于对非稳态开门窗工况的热力学分析,提出由温度协同方程、含湿量协同方程、PMV(Predicted Mean Vote)协同方程和空调能耗协同方程表示的混合通风协同运行模型.经过试验验证的CFD模型模拟结果显示,空气载能辐射空调在稳态和非稳态工况下室内人体头部与脚踝平面的垂直温差小于0.6℃,人体活动区域内的空气速度约为0.1m/s,稳态和非稳态工况中辐射孔板下表面分别存在厚度约为12cm和6～8cm的具有良好防结露效果的低温近壁边界区.将空气载能辐射空调开门窗工况试验结果应用于混合通风协同运行模型,分析了空调送风量和门窗开度对PMV和空调能耗的协同影响,提出了混合通风协同评价系数,得到不同门窗开度对应的最优空调送风档位设置建议.     

关于管板结构的数值分析设计

针对管子与管板以胀接和焊接形式连接的管板结构,采用有限元方法计算了在壳程压力作用下的挠度和应力,并拟合为管板半径、厚度和压力的函数。结果表明:由于管子的支撑作用,管板的挠度和应力对管板的半径和厚度的变化并不十分敏感;有限元分析得到的管板应力不足按常规设计标准计算所得管板应力的一半,这表明,虽然在换热器设计标准中管板的设计计算考虑了管子的一定支撑作用,但实际的支撑效果更大,若采用基于有限元法的分析设计法,仍然可以降低换热器的管板厚度;与焊接结构相比,胀接结构更有利于提升开孔管板的强度与刚度。     

厝角头索塔下塔柱施工及温度应力分析

【目的】分析厝角头造型索塔的施工及温度应力,为该类索塔构造的设计施工积累经验。【方法】以主跨468.00 m的牛田洋大桥主桥为背景,建立三维局部有限元模型,采用静力分析和稳态热分析方法研究塔柱间板墩在不同施工方式及温度条件下的应力情况。【结果】板墩区域的受力主要取决于其浇筑成形后继续承受的荷载;移动荷载在下塔柱中主要产生纵桥向弯矩、轴力及扭矩,且纵桥向弯矩方向与恒载产生的弯矩方向相反,这对板墩结构受力有利;后浇带横向预应力可对板墩区域施加横桥向压力,在施工分界位置存在应力集聚情况;在下塔柱整体升降温条件下,板墩肋板与底座相接处、板墩与下塔柱相接处存在拉应力。【结论】在下塔柱板墩区域设置后浇带时,结构是安全的;当下塔柱板墩区域一侧在日照下升温5～30℃时,下塔柱拉应力均低于混凝土强度标准值2.74 MPa,因此不会引起下塔柱混凝土开裂。     

能源地下综合管廊热力响应特性现场试验

能源管廊是基于土壤源热泵系统地埋管换热器和地下综合管廊提出的一种新型能源地下结构。该文依托焦作市龙源路地下综合管廊工程,在管廊底板中铺设换热管形成能源管廊底板,实测进/出口水温及管廊底板温度、应变等变化规律,探讨不同运行模式条件下能源管廊底板换热性能与热力响应特性。现场试验结果表明,换热过程中管廊底板不同位置的温度基本一致,但是温度应力存在差异;横向温度应力大于纵向温度应力,且横向温度应力由北至南逐渐变小;纵向温度应力中部位置大,两侧小;夏季散热工况受到最大热致压应力为1.35 MPa,冬季取热工况受到最大热致拉应力为0.89 MPa,均未超过管廊底板混凝土的强度值,换热过程不会影响管廊底板的结构安全;能源管廊底板的单位管长换热功率随进水温度的升高而增大;600 L/h流量条件下换热功率最高,间歇运行相比连续运行可以提升换热功率;不同的初始温度将导致换热功率出现巨大差异,冬季取热工况换热功率低于夏季排热工况换热功率。     

东海某风场4 MW风机塔筒结构疲劳特性

海上风机塔筒长期受到风荷载等外部动力荷载作用,其应力响应相当不规则,容易发生疲劳破坏。由于每个风速工况出现的概率不同,而且塔筒在各工况下的响应也存在差异,因此有必要划分风速工况来编制疲劳应力谱。本文以东海某海上风电项目为例,建立塔筒结构三维精细化有限元模型,结合风速威布尔分布模型、雨流计数法和线性疲劳累积损伤法则,采用名义应力法计算塔筒的疲劳寿命,并与简化塔筒模型的计算结果进行对比分析,以期为风力机结构疲劳研究提供思路和参考。计算结果表明：通过划分风速工况来编制疲劳应力谱的方法是可行的;塔筒结构容易发生疲劳破坏的部位在塔筒中下部筒节之间的连接处及附近;在分析塔筒疲劳特性时采用壁厚随高度均匀变化的简化塔筒模型与精细化模型结果相差较大,会带来较大误差,因此建议建立精细化模型以合理预估风机塔筒疲劳寿命。     

混流式水轮机叶片出水边三角块尺寸对转轮应力影响研究

针对混流式水轮机转轮叶片出水边与上冠连接处应力过大、容易出现裂纹的问题,采用在该处添加补强三角块以改善该处的应力分布。本文主要研究了两个计算工况下,不同尺寸三角块对转轮应力的改善情况,同时分析了对转轮的变形、叶片压力分布、尾水管涡量、水轮机效率的影响。结果表明:在两个计算工况下,当三角块两个边长为转轮标称直径的5.7%时,水轮机其他水力性能基本不变,且转轮的最大应力值降低分别为26.9%和29.5%,且最大应力位置转移到了叶片出水边与三角块出水边相接的转角处,叶片出水边和上冠连接处的应力明显减小,这对于改善转轮叶片出水边与上冠连接处的应力、避免焊缝处裂纹的发生和水轮机的安全稳定运行均具有重要的意义。     

考虑大变形影响的大型脱硝反应器结构数值分析

针对我国目前对于大型脱硝反应器的设计无规范可循的状况,利用数值方法分析脱硝反应器结构,得到反应器整体变形与应力分布情况,以及反应器结构设计时应注意的构件与位置. 通过对比大、小变形时加劲板的应力与变形发现,考虑大变形影响后其应力值水平有所缓和,分布较均匀. 研究表明,在保证安全和满足反应器使用功能前提下,反应器的合理化设计尚有一定的空间.     

动态风载荷下交叉跨越线路连接金具受力特性

为提高交叉跨越线路的安全运行水平,以某220 kV交叉跨越线路作为研究对象,利用线性滤波法模拟大风工况和正常工况下的脉动风速时程曲线,对交叉跨越线路有限元模型进行动态分析计算,然后重点对金具的受力状态进行对比分析,找到易损位置,并提出相应的改进措施。结果表明:悬垂串球头挂环连接处受到的应力最大;两种工况下应力与许用应力的比值分别为0.35和0.44,和现场实测断裂位置吻合,需要重点注意;在球头和直棒连接处加厚,安全系数由1.5提高到1.6,可有效降低金具破坏风险。     

某过滤器主管板及其支撑圈环设计工况下有限元分析及强度评定

本文介绍了应用有限元软件ANSYS对某过滤器主管板设计工况下主管板应力场进行分析的情况及对主管板支撑圈环设计工况下支撑圈环应力场进行分析的情况。有限元建模采用了三维参数化建模方法,包括了主管板、管板支撑圈环以及筒体。得到分析结果以后,进行强度评定,以判断该部件结构在该工况下是否安全运行。     

小容量经济型立体车库钢架结构的研究

针对小容量经济型立体车库钢架结构强度、刚度及振动问题,利用ANSYS,建立了小容量经济型立体车库钢架结构分析模型.对不同工况下的钢架结构进行了整体应力分析和刚度分析,找出了钢架结构的危险截面和危险点,在一二列停车位均有车辆,且向左侧偏载,三列无车的工况中横梁与立柱的连接处,并对钢架结构进行了模态分析,得出钢架的固有频率和振型.为立体车库钢架结构设计提供了理论依据.