不同力学模型下锥颈对焊法兰的有限元应力分析

应用有限元应力分析法对常用的Pg50 Dgl50的锥颈对焊法兰进行了弹性轴对称、三维弹性及弹塑性应力分析.将法兰、垫片及螺栓作为组合结构进行整体分析研究,并与传统的法兰计算方法——Waters法的结果作了比较.分析了法兰在最大螺栓载荷和内压为5.0MPa下,局部区域进入塑性区的扩展过程.采用国际上普遍应用的线性结构分析程序SAP5和非线性结构程序ADIlqA,在M-240D计算机上进行了有限元计算.     

核级管端法兰面在线堆焊修复的残余应力

采用数值模拟的方法研究了某一核级管端法兰面在线堆焊修复过程中的焊接顺序及堆焊厚度对残余应力和变形的影响。模拟结果表明,由于法兰内外侧厚度不同以及内外壁连接管的刚性差异,采用从内至外的焊接顺序可以得到整体较小的焊接残余应力和变形。当堆焊厚度为20 mm时,外壁管道焊缝处的轴向残余应力接近材料的屈服强度;当堆焊厚度不超过15 mm时,外壁管道焊缝处的残余应力远低于屈服强度。采用优化的焊接工艺制作了等比例模拟件,并采用X射线衍射法测试模拟件的残余应力,计算结果与测试结果吻合良好,进一步验证了数值模型及模拟分析结果的可靠性。     

吸收塔底部槽钢结构的有限元模拟分析

吸收塔是化工环保领域的重要设备,其底部槽钢结构能很好地保证吸收塔的静强度和抗震性能要求。利用ANSYS软件建立了吸收塔及其底部槽钢结构的有限元模型,完成了其结构静强度分析,得到了底板和槽钢结构的应力与位移分布规律,并进行了刚度和强度校核。计算结果表明,吸收塔底部平板外圆周和槽钢焊接处的变形和应力比其他位置要大,最大位移为0.15 mm,最大Mises应力为146 MPa,超过设计温度下Q235-B材料的许用应力值113 MPa,焊接位置发生断裂或拉伤的可能性较大,仿真结果与试验结果吻合较好。     

法兰设计方法及预紧力的确定

选取9对工作压力为1.0～6.5 MPa、工作温度为400℃的标准带颈对焊管法兰,分别运用EN13445附录G法兰设计的另一方法与Waters方法计算螺栓预紧力,运用ANSYS有限元软件对其进行模拟,分析法兰接头的应力分布和应变,研究这两种计算方法在指导法兰接头螺栓安装时,法兰强度以及密封性的可靠程度和方法的可行性.结果表明:EN13445附录G计算确定的螺栓预紧力能保证该种法兰接头在该温度、压力范围内的强度与密封性,可用于指导该种法兰螺栓的安装;Waters计算确定的螺栓预紧力在较高工作压力时会导致垫片应力过大,可能会压溃垫片,建议在工程实际中该种法兰螺栓在该温度、压力范围内安装时谨慎使用Waters螺栓预紧力.     

残余应力对排液蒸发器强度影响的有限元分析

某排液蒸发器管箱隔板与筒体焊接处产生了焊接变形,其凹陷处最大值为5 mm,影响结构的安全运行.焊接应力与变形是焊接过程的必然产物,计算和分析比较困难.采用固有应变分析法,计算出隔板和筒体的固有应变体积,然后获得简体的焊接残余应力.在此基础上只考虑焊接残余应力、设计应力以及焊接残余应力与工作应力叠加3种工况计算出变形区域的等效应变,并转化为等效残余应力.利用有限元方法对蒸发器的强度进行分析,计算结果可用于指导其实际运行.     

螺栓联接的有限元建模方法研究

对螺栓联接的有限元建模方法进行研究和评估.以螺栓-法兰联接为例,基于有限元分析软件ANSYS,建立了3种螺栓联接的有限元模型,即实体螺栓联接模型、梁单元联接模型和刚性单元联接模型.模态试验和应力分析表明,实体螺栓联接模型和梁单元联接模型具有广泛的适用性,可准确分析螺栓联接结构的静态特性和动态特性.相比实体螺栓联接模型,梁单元联接模型在保留了关键细节的同时提高了建模和计算效率.刚性单元联接模型不能模拟螺栓预紧和接触,只适用于模态分析.试验和仿真均表明,螺栓预紧力的大小对结构模态影响很小.仿真表明,螺栓联接表现出复杂的非线性特性,如应力的非线性变化、法兰之间接触状态的变化、螺栓总拉力的非线性变化等.      

基于ABAQUS的风力机塔筒螺栓连接接触非线性分析

ABAQUS是先进的大型通用非线性有限元分析软件,求解非线性问题时具有非常明显的优势。采用ABAQUS软件对风力机塔筒高强度螺栓连接进行了接触非线性分析,模拟了螺栓连接在预拉力以及加载极限载荷后两种工况下的静力学性能,得到了螺栓与法兰等结构的等效应力云图与位移云图。计算结果表明:塔筒螺栓连接结构的应力主要受预紧力影响。加载极限载荷后,螺栓最大应力增大17%,最大位移增大约两倍。结果证明塔筒底部螺栓连接的强度与刚度满足设计要求,为风力机组的结构设计提供了理论依据。     

圆管结构螺栓法兰接头强度分析

本文对各种圆管结构与压力容器的螺栓法兰接头的计算方法进行了分析,指出了这些方法中所存在的问题。文中推导出一般情况下圆形螺栓法兰接头的弹性解,这一解可被应用于不同类型的接头上。利用这一解可以求出管与法兰之间的相互作用力以及管与法兰中的最大应力。文中以一个圆管结构中的螺栓法兰接头作为实例进行了分析,并与有限单元法计算結果进行了比较。     

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.     

基于Patran/Nastran的大功率风电叶片隔板设计

采用有限元软件MSC Patran/Nastran对某大功率叶片隔板进行了结构分析,计算了3种工况下隔板的受力及变形情况,结果表明,当载荷施加在两隔板之间时位移达到最大6.86mm,隔板芯材应力达到最大0.431MPa;当载荷施加在单个加强筋上时,玻璃纤维达到最大应力19MPa。隔板位移、芯材应力及玻璃纤维应力均达到设计要求,计算结果为隔板的生产和使用提供了依据。     

960MPa高强度钢材轴压柱局部稳定性能及设计方法

为研究960 MPa(屈服强度标准值)高强度钢材轴心受压构件的局部稳定受力性能,本文使用ANSYS软件建立有限元模型,对4个箱形截面和4个工字形截面轴心受压构件进行了有限元分析.模型考虑了几何初始缺陷及焊接残余应力的影响,提取构件的极限承载力和局部屈曲临界承载力的有限元计算结果与试验实测结果进行对比,验证了模型的有效性.利用这种建模方法,对960 MPa高强度钢材箱形和工字形轴心受压构件的局部稳定受力性能进行了有限元参数分析,并将有限元计算结果,以及本文汇总的已有试验结果,与中国、美国和欧洲的钢结构设计规范中轴心受压构件的设计曲线进行了对比,并提出了新的设计公式.结果表明,本文使用的有限元建模方法能够准确地分析计算960 MPa高强度钢材轴心受压构件的局部屈曲受力性能;几何初始缺陷和残余应力对构件的极限应力的影响很小,但是对板件宽厚比较大构件的局部屈曲应力的影响相对较大;相对于中美欧现行钢结构设计规范中的设计方法,本文提出的设计公式更适用于960 MPa高强度钢材轴心受压构件的局部屈曲应力和屈曲后极限应力的设计计算.     

钢梁栓焊混合连接节点性能试验

为实现工业化建筑快速施工的目标,设计了钢梁现场翼缘对接栓-焊混合连接节点。此节点在拼接处梁的下翼缘及近下翼缘的腹板上焊接法兰板,通过高强度螺栓连接;法兰板上部焊接加劲板,加劲板同时焊接于梁腹板上;腹板采用高强度螺栓连接,上翼缘待腹板和下翼缘安装完成后现场俯焊。为考察此节点在地震作用下的极限承载力、滞回性能、失效模式等性能,设计了3个试件进行单向及低周往复加载试验。试验结果表明梁节点具有很好的延性转动能力,转角最大可达0.095rad, 延性转动后摩擦型螺栓变成承压型高强度螺栓,强度还有一定的提高。最终节点失效是由于连接法兰板的螺栓松动,法兰板缝隙发展,导致螺栓滑丝松动而失去承载能力。     

钢栈道施工全过程抗风稳定性分析

为研究钢栈道施工全过程的抗风稳定性问题,通过以黄河大桥施工栈道施工全过程为背景,采用有限元模拟方法对此进行了分析研究。结果表明：在横桥方向风荷载作用下,（1）钢管桩打入地基,在钢管桩之间焊接剪力撑后,其位移绝对值最大值为43.7 mm,其最大米塞斯应力为43.6 MPa;（2）钢管桩顶部焊接桩顶梁后,位移绝对值最大值为46.8 mm,其最大米塞斯应力为45.9 MPa;（3）桩顶梁上架设贝雷梁,铺设桥面板后,位移绝对值最大值为0.76 mm,其最大米塞斯应力为19.6 MPa。可见在横桥向风荷载作用下,从位移和应力角度来分析,钢管桩顶部焊接桩顶梁后为最不利情况。     

方钢管混凝土柱梁下栓上焊节点受力性能研究

为研究带外环板的方钢管混凝土柱H形钢梁下栓上焊节点的受力性能,以梁上翼缘连接方式和梁截面尺寸为试验参数,设计制作了3个节点构件,并对其进行拟静力试验。引入了数字散斑相关方法(DSCM)测量系统,对节点核心区应变进行非接触式高精度测量。结果表明,受焊缝质量的影响,构件主要破坏位置都在焊缝附近,其中下栓上焊节点和全螺栓节点分别发生在梁上翼缘与外环板连接的焊缝处和下内隔板与柱连接的焊缝处;下栓上焊节点相对于全螺栓节点核心区变形更小,更符合“强柱弱梁”准则,并推断梁柱之间荷载传递主要通过外环板,但全螺栓节点由于螺栓滑移以及焊接缺陷少,延性要显著好于下栓上焊节点;梁截面尺寸和节点连接方式对构件核心区受力性能和应变分布有较大影响,其中核心区主应变及剪应变云图均呈45°斜向发展。     

疏松砂岩地层套管可靠性分析

建立了套管、水泥环和地层的三维有限元模型。采用蒙特卡罗法，分析了输入随机变量对套管可靠性的影响。结果表明，出砂区域管体有效应力和轴向应力比盖层和底层管体的明显增大；上覆岩层压力与套管厚度对出砂区域管体应力的变化起主要作用，是影响套管失效概率的主要因素。     

疏松砂岩地层套管可靠性分析

建立了套管、水泥环和地层的三维有限元模型。采用蒙特卡罗法,分析了输入随机变量对套管可靠性的影响。结果表明,出砂区域管体有效应力和轴向应力比盖层和底层管体的明显增大;上覆岩层压力与套管厚度对出砂区域管体应力的变化起主要作用,是影响套管失效概率的主要因素。     

形截面压弯钢构件板组弹塑性相关屈曲分析

建立轴压力和水平荷载作用下焊接H形截面钢构件有限元分析模型以模拟板组弹塑性相关屈曲性能,改变轴压比、翼缘宽厚比、腹板高厚比及翼缘-腹板厚度比等参数,进行一系列非特厚实截面钢构件弹塑性局部相关屈曲非线性有限元分析,获得一系列极限弯矩比与这些参数的相关曲线,表明极限弯矩比随轴压比和翼缘宽厚比增大而明显降低.得到精度较高的正则化极限弯矩比拟合公式,基于整体和局部等稳原则导出板组容许宽厚比相关曲线.在某些条件下,钢结构设计规范的翼缘和腹板宽厚比限值可能超出容许宽厚比相关曲线限定的参数范围.     

负重轮橡胶轮缘有限元分析及力学特性拟合

采用均匀设计法,选取履带车辆负重轮橡胶轮缘的２４组不同几何参数,建立橡胶轮缘的三维有限元分析模型,用ＡＮＳＹＳ有限元分析软件计算橡胶轮缘的位移,应力和应变分布情况,最后对橡胶轮缘的最大径向位移,应力和应变进行多元线性回归。得到了橡胶轮缘的最大径向位移,应力和应变随７个影响因素的拟合特性,试验验证表明,所得拟合公式有实用价值。