肋片式换热器的有限元热应力分析

利用ANSYS有限元分析软件对肋片式换热器首先进行热分析,获得温度场温度扩展分布云图,得出温度在管道周围的值最大,最大值是78.76℃;通过定义路径分析了沿着肋片径向及管道高度内壁方向上的温度分布情况,得到相应的曲线和温度分布云图;之后在热分析的基础上,利用ANSYS软件中的间接法进行热应力分析,获得热应力的分布情况,最大热应力值发生在管道外壁与蒸汽管道连接部位,其值为40.19MPa;最后根据JB4732-95《钢制压力容器分析设计标准》进行相应的应力评定后,证明该肋片换热器是安全可靠的,可以应用在实际工程生产中。     

海洋延寿平台随机冰激响应与损伤评估

直立结构上冰力作用是国际海洋石油工程界研究的一个热点,尽管很多学者建立了各种冰力破碎模型,但是这些理论模型实现对冰与直立结构交互作用过程的量化模拟还存有较多困难.针对胜利油田大量海上平台超期服役现状,选择渤海现场实测的随机冰力时程曲线,考虑腐蚀减薄、桩基冲刷、海生物附着等服役损伤,建立海洋延寿平台结构有限元模型,研究随机冰力作用下海洋延寿平台构件的时程响应,采用疲劳等效应力幅来描述随机冰激疲劳应力过程产生的疲劳效应,最后基于Miner线性累积疲劳损伤模型采用S-N曲线法评估平台构件的疲劳损伤,该方法为进行可适合工程应用的渤海延寿平台疲劳评估提供了思路.     

基于混凝土循环剥落的隧道火灾损伤数值模型研究

为研究混凝土高温剥落对隧道衬砌火灾损伤的影响,在现有隧道结构非线性瞬态热—力耦合有限元模型基础上,提出1种在火灾高温条件下混凝土发生剥落的循环算法,以模拟火灾下衬砌结构截面面积的损失,并引入混凝土临界剥落温度的概念,得出基于混凝土循环剥落的隧道衬砌火灾损伤数值模型建立流程。利用该模型对某隧道衬砌结构进行火灾损伤模拟,并与试验结果进行对比验证。结果表明:火灾下隧道混凝土衬砌结构内逐渐增大的热应力是导致普通混凝土高温剥落的主要原因;可将衬砌受火面是否达到临界剥落温度作为隧道发生高温剥落的充分条件进行火灾损伤分析;模型求解所得的数值模拟结果与现场火灾试验数据基本吻合,验证了其可行性;混凝土高温剥落与否对衬砌结构等效温度应力有较大影响,在隧道衬砌结构抗火性能分析过程中应尽量考虑混凝土高温剥落造成的影响。     

A mathematical approach for retrofit and optimization of total site steam distribution networks

This paper presents a generic mathematical model for retrofitting the steam power plants in an industrial site. The industrial sector under review consists of one steel mill, one oil refinery, and several petrochemical plants, where only small-scale steam integration has been implemented before this study. The relevant unit models in a typical steam power plant are established, and the steam plant retrofit problem is formulated as a mixed-integer nonlinear program (MINLP). Feasible retrofit alternatives suggested by experienced field engineers are investigated in sequence to examine the revenue of those possible modifications. The first scenario examines operational optimization of existent plants; the second option allows installation of one new turbine and replacement of several boilers and turbines with lower efficiency; the third scenario considers using a steam ejector to upgrade the disqualified import steam in the oil refinery. The significant merits from these three retrofit alternatives show that the proposed MINLP formulation has been a great help to enhance the inter-plant steam integration in an industrial sector.     

水泥环性质对套管破坏的影响分析

为研究水泥环受力对套管的影响,采用多孔介质流固耦合有限元计算方法和套管破坏准则,将地层和水泥环视作多孔介质,分析其对套管破坏的影响。通过建立地层-套管-水泥环有限元模型,对比研究套管在正常固井和未固井时所受的有效应力,定性分析水泥环材料性质对套管破坏的影响。研究结果表明:在多孔介质流固耦合作用下,水泥环对套管具有一定的保护功能;水泥环的泊松比对套管破坏影响较小;相较于其他两种水泥类型,膨胀水泥的性能更优,有效地减小了套管受到的应力应变。根据计算结果的分析,为套管的防护提供参考依据。     

预应力混凝土桥梁腐蚀后的受力性能分析

结合某铁路大桥预应力钢丝锈断后梁体的受力性能分析,对预应力混凝土桥梁腐蚀后的耐久性评估方法进行了探讨。首先,用静载试验加载方法对腐蚀梁体进行了实桥试验,分别对每孔2片T型梁的跨中挠度、支座压缩量、跨中及L/4截面混凝土应力、内梁预应力钢丝锈断截面处的混凝土应力进行了测试;然后,对受腐蚀预应力混凝土桥梁进行了有限元分析。介绍了正常梁体和腐蚀梁体的有限元模型、有限元网格剖分建立。在预应力梁体的耐久性分析中,应重点考虑预应力筋锈蚀的影响,并给出了预应力筋的简化分析模型。通过对梁体有限元计算结果和试验值的比较,验证了计算模型基本上能准确地反映梁体的受力情况,说明可以采用有限元方法对预应力混凝土桥梁腐蚀后的耐久性进行评估。     

Thermal failure of 2/3 PCP in high temperature environment and optimization analysis of stator and rotor meshing parameters

Progressive cavity pump (PCP), which has problems such as invalid and leakage of rubber bushings, is employed in heavy oil field exploitation. In this paper, based on the thermal aging mechanical test of rubber and the fitting precision evaluation result of the constitutive model, the rubber constitutive model is optimized; the finite element model of PCP is established; the deformation law of stator bushing inner wall is quantitatively analyzed by numerical simulation method; and the phenomenon that temperature field distribution and thermal aging failure of stator rubber bushings is revealed. As results: The increase in well depth, which leads to the increase in the overall temperature of the stator bushing and the decrease of the thermal hysteresis, have greatest influence on the temperature of the stator bushing; the interference, which leads the maximum temperature increases first and then decreases, has a great impact on the thermal hysteresis; and the eccentricity have little effect on the thermal hysteresis of the stator bushing. The research results provide theoretical support to optimize stator and rotor parameter matching, recommending applicable working conditions, improving invalid of stator bushing, pump leakage and other issues.     

自燃煤矸石山温度场的有限元分析

建立自燃煤矸石山中任意点的瞬态温度场控制方程;在假定矸石山不存在内部对流换热的条件下,对矸石山模型的初始、边界条件进行了确定和求解;在耗氧量原理基础上通过实验近似得出了其内部热源强度;并推导出了自燃煤矸石山瞬态温度场的有限元数学模型。在瞬态温度场的有限元模型和相关初始、边界条件基础上,应用ANSYS软件中的8节点6面体等参元对此30m(底半径)×30m(高)自燃煤矸石山模型进行单元划分,得到527个单元、2029个节点,并进行了相关模拟计算。对计算出的温度作了相应的误差分析,得出该有限元数学模型的精度比较可靠;并在模拟计算结果的基础上进行了相关的温度场分析。     

压力容器表面裂纹断裂参数的有限元计算与分析

借助ANSYS软件建立了适合压力容器表面裂纹断裂分析的有限元模型,能方便地计算出应力强度因子和J积分,与理论近似表达式的计算值对比,该方法具有较高的精度,能满足工程应用的要求.在验证模型合理的基础上,构造表征表面裂纹形状和尺寸的无量纲因子,通过分析其对J积分弹塑性分量的影响,指出断裂分析中除应力水平外,还应当将裂纹形状...     

基于弹塑性损伤-渗流耦合模型的隧道洞口段围岩稳定性研究

为分析复杂条件下隧道洞口段稳定性问题,建立基于Mohr-Coulomb准则的岩石弹塑性损伤-渗流耦合模型,利用完全隐式的向后欧拉算法编制弹塑性损伤模型的应力积分程序。在此基础上,利用ABAQUS平台的子程序接口实现耦合模型的有限元计算。将该模型应用于福建某洞口段隧道工程的围岩稳定性评价中,分析不同降雨强度下洞口段结构的安全系数、位移及损伤值的变化规律。结果表明:隧道洞口段结构的安全系数、损伤区和位移均会随着降雨进程的发展发生变化,雨季应加强监测频率。     

滚石冲击作用下埋地高压输气管道的可靠性分析

地质灾害往往会对高压输气管线造成安全隐患,岩体崩塌引起的滚石冲击是导致埋地输气管道第三方破坏的主要破坏形式之一。通过概率分布求出滚石产生的偶然性载荷对管道的冲击频率,根据可靠性理论,用管线钢自身的强度和撞击产生的工作应力,建立强度应力的安全裕度方程。然后利用LS-DYNA有限元软件,建立滚石冲击管道模型,计算不同条件下埋地输气管道的最大应力Sm,确定Sm的分布规律。最后,根据应力和强度的分布求得管道可靠度指标和失效概率。本研究提供的方法和结论对埋地输气管道的风险评估、管道的设计及施工具有重要的参考价值。     

基于热-结构耦合分析的液化石油气储罐失效预警判定*

为研究火灾中球罐应力场分布情况,找到球罐失效破裂条件,以液化石油气为研究对象,基于球罐稳态热响应,通过ANSYS热-结构耦合有限元分析法进行研究。结果表明:充装率85%的液化石油气球罐最高温度部位出现在气相区,约619.66 ℃;最大应力值出现在气液交界处,约615.18 MPa;得到球罐破裂失效时温度值和应力值,并设置2次预警值。研究结果可为液化石油气储罐失效预警提供参考和判定依据。     

提速货车钩尾框安全使用寿命的估算方法

提出一种估算提速货车钩尾框安全使用寿命的方法。该方法基于损伤容限设计思想 ,通过子模型有限元技术和虚拟裂纹扩展方法 ,仿真应力集中区的裂纹及其扩展 ,应用能量释放率理论计算裂纹前沿的应力强度因子 ,由Paris公式估算在实测载荷谱下钩尾框的裂纹扩展寿命。估算结果与统计的使用寿命有较好的一致性     

热采井套损机理及套管强度优化设计

我国稠油资源丰富,然而稠油热采井套管损坏现象普遍存在,且有越来越严重的趋势,提高热采井套管寿命是稠油开采过程中迫切需要解决的问题。分析了热采井套管损坏主要原因,认为高温引起的强度变化、油层出砂亏空、固井质量差、隔热措施不利及套管本身材质问题都有可能引起热采井套管损坏。采用有限元分析软件ANSYS计算了不同隔热措施、不同注汽温度、不同注汽压力、不同套管材料及壁厚条件下套管应力分布规律。计算结果表明,为减少稠油热采井套管损坏,采用隔热措施较好的油管可以明显降低套管上的等效应力,同时在套管柱设计过程中应优选低弹性模量、厚壁套管。提出了VonMises等效应力对比高温屈服强度的校核新方法,为稠油热采井套管强度设计提供依据。     

页岩气体积压裂过程中套管失效机理研究

为了研究体积压裂过程中套管失效问题,基于页岩气水平井X-1h钻完井资料,提出了微地震数据反演方法,并结 合岩石断裂力学和岩石损伤力学,建立了X-1h体积压裂地层-多簇射孔-套管有限元模型。有限元结果表明:体积压裂范 围内的地应力场发生明显变化,甚至出现“张应力”区和“零应力”区的应力反转现象,该特征将不同程度地使套管在 地层中出现“悬空”状态,导致套管沿其径向产生一定程度的挠度变形,沿轴向套管呈现“S”型变形。适当增加压裂 段与段之间的间距,缩短多簇射孔压裂段的有效长度,可以有效地降低或控制水平段套管的“S”型变形量。该研究方 法和研究成果为体积压裂技术的套管变形失效控制以及页岩气安全生产提供了理论依据。     

电除尘器进风箱的有限元分析

介绍了一种用有限元分析软件Ansys对电除尘器进风箱进行计算的方法,用该方法求解了进风箱工作条件下的应力应变.分析结果证明了应力和应变在进风箱上分布的不均匀性,为工程分析和优化设计提供了必需的数据.同时指出,该方法是一种对电除尘部件进行有限元分析的通用方法.     

火灾后配筋圆钢管混凝土柱剩余承载力数值分析

研究配筋圆钢管混凝土轴压短柱火灾后剩余承载力。利用ABAQUS有限元分析软件建立了ISO-834标准升温曲线升温作用下配筋圆钢管混凝土短柱温度场模型,基于温度场分析结果建立了配筋圆钢管混凝土轴压短柱力学分析模型,利用以往试验结果对模型进行了验证,计算结果与实验结果吻合良好。在此基础上进行了火灾后配筋圆钢管混凝土轴压短柱剩余承载力参数分析,选用的参数包括：升温时间、混凝土强度、钢管强度、钢筋强度、含钢率、配筋率、构件截面尺寸等。研究结果表明：在本次参数范围内,在其它条件相同的情况下,与常温下的承载力相比,受火时间越长,截面尺寸越小,构件火灾后剩余承载力的损失越高。结果可供有关钢管混凝土工程火灾后修复加固参考。     

基于模糊优化理论的生物质裂解装置转锥有限元安全分析

提出一种将模糊数学理论和有限元法相结合的结构优化分析方法,建立转锥模糊优化的数学模型,给出目标函数、设计变量和模糊约束条件;通过合理模拟转锥的边界条件和受力状况,建立生物质裂解装置转锥的有限元结构优化模型并划分网格,同时引入实际载荷及边界条件;根据约束的性质和设计要求,选取了模糊约束隶属函数,在优化过程中提出一种改进的水平截集法来考虑模糊约束的影响,从而调整最优解在空间的位置,可求得比传统优化方法更为合理的数学解;根据算法框图进行模糊优化运算,与普通优化设计方法所得结果相比,转锥的重量减轻5.2%。笔者为转锥及其他机械结构的优化设计和安全分析,提供了一种新的途径和依据。     

长输管道凹陷提压回圆评价方法

为了解决长输管道深凹陷所导致的清管器及内检测器难以通过的工程问题,基于局部提高管道内压可使凹陷回圆、深度减小以达到清管器或检测器可通过深度门槛值的思想,建立了内压作用下管道凹陷回圆过程非线性有限元模型;提出了管道凹陷回圆系数的定义;通过应力应变响应分析对凹陷回圆过程的安全性进行论证;对回圆系数的影响因素进行分析,探讨径厚比、管材、凹陷尺寸、初始内压、回圆压力等参数对回圆系数的影响;基于有限元计算算例,采用非线性回归的方法拟合了凹陷回圆系数工程计算公式。研究结果表明:在极限回圆压力工况下,凹陷回圆过程中管道未发生二次塑性损伤;误差分析显示拟合所得公式预测精度较好,可用于长输管道凹陷的回圆评价。     

少载荷级数下桥式起重机桥架疲劳安全寿命研究

提出了一种针对少载荷级数作用下的桥式起重机桥架裂纹萌生寿命计算的新数值模拟方法。该方法利用ANSYS软件中的生死单元模拟吊重起升和小车运行,得到桥架在3级载荷作用下的瞬态应力响应,将应力数据集导入到疲劳软件FE-SAFE中,根据多轴局部应力应变算法,基于Morrow平均应力修正下的Brown Miller损伤模型,对32t/A6桥式起重机桥架进行疲劳分析。计算结果表明,桥架疲劳寿命满足使用要求,疲劳失效主要发生在端梁腹板的拐角处。