温度波动对螺栓法兰连接系统垫片应力的影响

温度波动会造成螺栓法兰连接系统中垫片应力松弛,从而影响其密封性能。文章以DN80法兰接头为研究对象,通过ABAQUS软件建立了三维有限元模型,分析了温度波动对垫片应力的变化,研究了垫片与螺栓载荷变化的机理。结果表明,螺栓法兰连接系统在温度变化时存在着一定的温度滞后现象;当温度波动时,垫片应力随温度的降低而减小,随温度的升高而增大,波动结束后垫片表现出“内紧外松”的应力分布现象。在这一过程中,垫片的热膨胀与温度场的滞后性是垫片应力变化的主要因素。研究结果为螺栓法兰连接系统的进一步优化和改进提供了有力支持。     

低温环境下管道法兰连接的应力分析

文中在考虑温度作用的前提下,对低温管道中的法兰进行了不同螺栓强度等级和螺栓预紧力下的"拉伸+弯曲"组合工况的有限元分析。研究表明:法兰最大应力出现在螺栓上,螺栓的预紧力和强度等级的降低都将对法兰应力分布产生重要的影响。同时,文中也给出了法兰外侧的位移随螺栓预紧力和强度等级的变化规律。最后,通过现场测试验证了数值模拟的准确性。该研究结果可以为输油管线法兰连接的预紧力设定提供参考。     

连续重整再生单元高温对夹止回阀失效分析

针对连续重整再生单元还原区高温工况下对夹式止回阀泄漏的问题,对该法兰连接系统的主要部件(垫片、螺栓、阀门)连接形式进行了分析。其中,从垫片填充材料——柔性石墨因高温氧化而造成的热失重、高温回弹性下降等分析了高温工况下柔性石墨缠绕垫失效原因;从高温蠕变松弛、脆断及预紧力等方面分析了螺栓失效的原因;从对夹式止回阀的连接特点分析了该连接形式用在高温工况下存在的弊端。最后提出了阀门失效的解决措施。     

基于FEM的承受附加载荷的法兰连接安全评价

在考虑垫片力学性能的非线性和非保守的基础上,提出了承受附加载荷高温螺栓法兰连接结构的有限元分析方法。运用APDL和UIDL,开发了基于ANSYS环境的法兰连接结构强度和紧密性分析模块,实现了连接系统的参数化建模及程序化计算。提出了基于紧密性的承受附加载荷螺栓法兰连接的安全评价方法,并以某铂重整装置接管法兰连接为对象,验证了有限元分析和安全评价方法的可行性,确定了该连接的安全操作条件。     

基于ABAQUS的八角垫密封法兰效果评价

为分析八角垫密封法兰机理以及对密封过程中法兰结构强度和密封性能等进行研究,采用ABAQUS建立有限元模型对其真实预紧过程进行模拟。结果表明:八角垫密封面上应力非均匀分布,在内侧两密封面上靠近上下倒角处应力值最大并最先发生屈服,同时该部位接触应力最大,因此是密封的主要作用部位;按Waters法求得的最小螺柱预紧力预紧时有效密封长度较短,为增强密封效果,宜进一步增大螺柱预紧力;施加最大螺柱预紧力时,法兰结构强度和刚度均能满足要求,且有较大安全裕量,表明法兰相对螺柱较"安全"。     

可控移热变换炉设备法兰结构的设计与应力分析

文中设计的可控移热变换炉中的设备法兰连接结构上连球形封头,下连筒体,是无垫片焊接密封法兰结构,并采用Ω密封环和O形密封圈组合密封,以保障其密封的可靠性。在对其进行初步应力分析后,运用有限元软件ANSYS建立了相关的力学计算模型,在边界载荷及位移的约束和内部载荷的施加后,计算了设计工况下上封头和上法兰、筒体和下法兰的第三强度当量应力和转角。按照JB 4732—1995(2005年确认)及文献,对法兰及其连接的各部位进行了应力强度评定和刚度评定,并认为主要是强度评定起决定作用。     

大断面越江盾构隧道管片接头选型研究

文章针对越江水下盾构隧道管片接头设计,采用三维有限元对典型接头方案中不同螺栓位置和土水压力计算控制点下的接头抗弯刚度、接缝张开度和张开高度、螺栓应力等进行了数值计算和对比分析,研究分析了手孔和螺栓数量及布设位置、尺寸等对大断面越江盾构隧道管片接头选型及设计参数的影响.研究结果表明,工程设计中此类接头应在满足接头抗弯刚度和接缝张开度的前提下采取减少手孔数量、均布手孔位置、调整螺栓中心位置和尺寸、施加螺栓预紧力等措施,以达到提高结构防水性和整体承载能力的目的.     

深埋蓄排水盾构隧道衬砌结构力学性能试验及数值分析

深埋蓄排水盾构隧道承受高内水压力及较大的外部水土荷载,与公路、地铁盾构隧道在计算理论、建造技术及运营维护等方面有很大不同。鉴于蓄排水隧道衬砌结构承载模式的变化,文章开展了整环力学行为试验及三维数值分析,研究了内水压作用、错缝拼装及接头螺栓安装方式等对蓄排水盾构隧道力学性能的影响。研究结果表明:通缝拼装的蓄排水盾构隧道从隧道内空水变化至隧道内满水时,隧道的变形大幅增加;内水压0.6 MPa时隧道的竖向和水平收敛变形分别为空水时的2.2倍和3.2倍。与通缝拼装的蓄排水盾构隧道相比,错缝拼装时衬砌环的收敛变形减小15%～25%,最大接头张开量及螺栓拉力减小25%～40%。内水压增大会造成蓄排水盾构隧道接头螺栓屈服,最先出现螺栓屈服现象的接头位于衬砌环最大负弯矩荷载作用位置附近;由于盾构隧道的破坏多源于接头螺栓屈服,该接头位置为蓄排水盾构隧道的薄弱点。对于采用双排螺栓连接的蓄排水盾构隧道,拱顶、拱底90°区域范围内靠近接头外弧面位置的螺栓可以不拼装;但两侧拱腰90°区域内靠近接头内弧面位置的螺栓必须安装,否则会造成最大负弯矩荷载作用位置附近的接头螺栓拉力增大5%～14%。     

盾构隧道管片接头弯曲刚度计算及影响因素分析

盾构隧道管片接头弯曲刚度是隧道设计关键参数之一。管片接头弯曲刚度的研究引起了广泛的兴趣,但主要集中在无传力衬垫的管片接头上。文章针对南京地铁盾构隧道粘贴了传力衬垫的管片接头刚度开展了研究,结果表明,粘贴了传力衬垫的管片接头弯曲刚度随着接头荷载的增加表现出了明显的非线性。最后对传力衬垫的厚度、螺栓预紧力和螺栓数量等弯曲刚度影响因素进行了分析,其计算结果对隧道设计具有明显的参考价值。     

基于法兰联接系统松弛特性的多锥面法兰研究

文中针对现有普通法兰联接系统的应力松弛特性问题,设计了一种新型多锥面法兰,通过对法兰联接系统结构上的改进,去掉了原有法兰连接系统的垫片,明显减少了法兰连接系统的应力松弛,并通过法兰多锥面配合联接和法兰螺纹联接,增强了法兰联接的联接刚度,进一步减小了法兰连接系统的蠕变松弛,改进了法兰联接性能。实验测定和实际应用证明：该新型多锥面法兰可以有效减小法兰联接系统的应力松弛,防止法兰联接失效。     

油气管道焊接接头的应力腐蚀及防护

焊接过程引起焊接接头组织和力学性能的不均匀性。通过研究焊接接头应力腐蚀的规律,发现焊缝比母材具有更高的应力腐蚀敏感性;焊缝硬化层越宽对应力腐蚀越敏感;工作温度越高应力腐蚀敏感电位区间越宽;适量的加入合金元素可提高焊接接头的抗应力腐蚀能力;改善介质条件也是很重要的方面。     

发夹式换热器异形法兰及封头的设计

发夹式换热器后端壳程连接处常采用异形法兰和封头的结构,标准中并未列出相关结构设计和计算方法,给设计带来很多困难。文中结合一台壳程压力7.3 MPa并伴有温度疲劳载荷作用的发夹式换热器,首先对其异形法兰和封头进行结构优化设计,再利用规则设计方法确定结构的初步尺寸,最终按GB/T 151—2014确定计算工况后进行有限元应力校核。结果表明,规则设计方法计算出的结构应力偏低;尤其对异形封头,因异形法兰对其影响,其结构尺寸必须通过有限元分析进行校核。     

盾构隧道环间接头抗弯刚度计算及其影响因素研究

为得到盾构隧道纵向梁-弹簧模型中环间接头抗弯刚度的计算方法,文章以志波模型为基础,采用解析方法分别推导了纯弯、拉弯条件下环间接头抗弯刚度的解析公式,并据此对各影响因素的敏感度及影响方式开展定量分析。结果表明:盾构隧道环间接头抗弯刚度的影响因素主要有幅宽、断面尺寸、环间螺栓参数以及纵轴拉力等,其中断面尺寸对环间接头刚度影响最大,环间螺栓参数次之,幅宽影响最小;纵轴拉力对环间接头抗弯刚度的影响方式与前述因素不同,在其作用下,环间接头抗弯刚度表现出显著的非线性特点,环间接头抗弯刚度与纵向弯矩、纵向轴力在三维空间中呈现"台阶状"曲面形态,其量值维持在上、下台阶面对应的量值之间;当环间接缝面在拉弯作用下完全张开时,环间接头抗弯刚度相比接缝面部分张开时被削弱约40%。     

焊补对转向架用耐候钢焊接接头残余应力的影响

文章利用X射线衍射法,对转向架构架用SMA490BW耐候钢MAG焊接头焊补前后及热处理后的残余应力进行了测试和分析。结果表明:与焊态相比,焊补后接头的残余拉应力作用范围基本不变,应力分布曲线相近,但拉应力数值有所提高,高值纵向和横向残余应力作用在焊缝区及焊缝附近熔合线部位;热处理对焊态和焊补态接头均能起到明显的"削峰"和均匀化接头整体应力分布的作用,热处理后接头所有残余应力绝对值均100 MPa;如果焊补工件焊补后要进行热处理,则不用考虑焊补过程带来的接头残余应力增大的影响。     

盾构隧道结构健康评价的变形指标研究

选取隧道横向收敛变形和纵向不均匀沉降作为隧道结构健康评价的单项评价指标,提出了采用梁-弹簧模型计算管片纵缝接头处的内力,在此基础上采用精细化解析模型进一步分析纵缝接头力学特性,以纵缝接头张开量、螺栓屈服和管片裂缝值为控制依据,计算得到横向收敛指标;采用三维壳-弹簧模型,以环缝最大张开量为控制依据,计算得到不均匀沉降的曲率控制指标。将该研究应用于南京轨交10号线越江隧道工程,得到该隧道结构健康评价的变形控制指标。     

盾构隧道纵向刚度计算方法以及影响因素研究

伴随着国内外隧道的大量修建,盾构隧道的纵向不均匀沉降或过量沉降问题日益突出。在盾构隧道的纵向结构设计中,纵向刚度的确定至关重要,尤其对于大直径断面,以在建的南京过江隧道为例,因螺栓导致的管片横向、纵向刚度差异达数十倍。文章采用志波由纪夫纵向刚度计算公式和有限元建模的方式,对比两种方法的差异,并讨论纵向等效刚度折减系数在各种影响因素(管片尺寸、螺栓预紧力、偏心距)变化时的规律,提出采用有限元模拟管片更能贴近实际工程的受力状态,在分析复杂受力状态时可为设计提供理论依据。     

超长沉管隧道大型模型试验设计与应用

文章结合港珠澳大桥沉管隧道工程实例,采用局部相似装配式剪力键方案,对超长海底沉管隧道在不均匀沉降及不均匀荷载作用下的节段接头作用机理进行了研究。经材料配比与模型制作,进行了1:4.69的大型沉管节段模型试验;沉降模型试验平台经技术改造,能够满足试验过程中的模型搬运、对接、加载、复位等功能;控制试验平台底部千斤顶的差异沉降,可以模拟沉管节段接头纵向与横向的不均匀变位;采用钢筋计及压力盒对沉管结构钢筋应力、沉管结构与土体的接触压力进行测试,采用电阻应变花和光纤光栅应变花对剪力键表面及内部的应变进行测试。通过对所得试验数据的初步分析,得到了节段接头剪力键剪应力随差异沉降及剪应力沿沉管横截面的分布规律。     

沉管隧道管节柔性接头模型研究现状及展望

沉管隧道柔性接头柔度较大,能够适应软弱河床引起的不均匀沉降,并满足抗震要求,在实际工程中应用广泛。然而,柔性接头部件繁多,作用复杂,模型建立较为困难,造成沉管隧道静力及动力分析结果不准确。文章介绍了沉管隧道管节接头类型及柔性接头基本构造,从理论计算模型和数值计算模型两方面对国内外研究现状进行了回顾总结,简述了多种柔性接头模型作用机理,分析其合理性及不足之处,并对今后柔性接头模型研究提出了建议,包括:尝试采用接头模型试验研究方法,使结果更为直观;考虑主要接头部件,添加合理初始条件,建议采用数值解对柔性接头刚度进行描述;采用多种研究方法对比分析或多种接头模型对比分析,验证接头模型的可靠性。     

车辆载荷碾压作用下管道的安全性测试与分析

通过对重车碾压的土层压力进行试验,总结计算出了车辆载荷引起土层应力的分布规律,综合土层应力的分布规律、土层参数和钢材参数,建立了重车碾压对管道应力影响的有限元分析模型,提出了应力在土壤中沿深度方向变化的计算公式,通过静载和动载分析,计算出了管道安全的最低埋设深度,对埋深大于1．5m且管道上覆土层均匀密实的管道,由车辆载荷而导致的管道附加应力与管道强度及管道内气压相比,不会危及管道安全,也不会造成管道的疲劳破坏。     

LNG卸料臂与船对接法兰面泄漏分析

LNG卸料臂是LNG卸载过程中最重要的设备之一,而卸载过程中卸料臂与船对接法兰面最易发生泄漏,因此避免其泄漏很重要。文中以某LNG接收站为例,简要介绍卸料臂预冷流程;对曾经发生过的泄漏展开分析,结果发现预冷速度过快是造成对接法兰面泄漏的主要原因;提出了相应的改进措施。改进之后,此LNG接收站卸船期间再未出现卸料臂与船对接法兰面泄漏的问题。