冻土膨胀对管道及法兰连接应力变化影响分析

冻土膨胀会使燃气管道产生应力集中,导致高压燃气管道极易发生失效甚至破裂,从而引发爆炸事故。为了研究冻土膨胀对管道及法兰连接应力变化影响,使用Workbench对管道及法兰连接进行分析。以位移载荷20 mm为例,观察管道及法兰连接的应力分布情况,并研究其在0~30 mm位移情况下的应力变化。结果表明:管道最大应力出现在管道弯头处;法兰盘最大应力出现在法兰盘与管道焊接处;管道的应力变化随着位移的增加变化最大,法兰盘次之,螺栓的应力平稳增加。

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。

冲击载荷下螺栓法兰连接结构断裂失效影响因素研究

为研究冲击载荷下螺栓法兰连接结构的断裂失效模式,基于弹塑性损伤本构方程建立了连接结构的有限元模型,施加了冲击载荷并进行断裂失效仿真分析,以螺栓应力与法兰转角为观测指标,研究了螺栓的预紧力、不同螺栓位置及接触面摩擦因数对连接结构断裂失效的影响规律。结果表明:螺栓位置越靠近法兰筒,接触面摩擦因数越小,连接结构越容易发生断裂失效;初始预紧力对连接结构断裂失效影响甚微。可通过增大接触面摩擦因数、增大L值来提高螺栓法兰连接结构的强度。

基于嵌入式的法兰连接远程监控系统实现

引言随着当代工业迅猛发展,我国在石化、建筑和轨道车辆等领域已经占据了重要的国际地位,这些都意味着生产力的持续提升,越来越多的生产设备面临长期恶劣工况的考验~([1])。其中,法兰泄漏失效的事故屡见报道,造成严重的经济损失、环境污染~([2]),甚至是重大的人员伤亡。故高温法兰连接系统的紧密性和泄漏监测预防手段,是未来工业领域非常重要的发展点。

螺栓法兰连接SRC柱抗震性能与可拆卸性能研究

提出了一种螺栓法兰连接可拆卸型钢混凝土柱,为研究其抗震性能和可拆卸性能,利用ABAQUS建立了螺栓法兰连接柱(DSRC柱)和型钢混凝土柱(SRC柱)数值模型。通过低周往复加载,分析了法兰板厚度、螺栓数量、轴压比、柱高比、含钢率对DSRC柱破坏模式和抗震性能的影响,结果表明:法兰板厚度和柱高比对DSRC柱破坏模式和抗震性能的影响较大。主要有2类破坏模式:当柱高比有≤1/2、或≥2/3且法兰板厚度较大时,构件的破坏模式为下柱及其连接破坏或下柱破坏,该类破坏模式的构件滞回曲线饱满,耗能能力较强,延性系数较大;当柱高比≥2/3且法兰板厚度较小时,构件的破坏模式为上柱及其连接破坏或上柱、下柱及其连接破坏,该类破坏模式的构件滞回曲线有捏缩现象,耗能能力较差。以螺栓损伤系数η和法兰板屈服程度w作为DSRC柱的可拆卸指标,并进行了可拆卸性能分析。结果表明:螺栓数量对可拆卸性能影响较大。当螺栓数量足够多且η和w均≤0.2时,可以实现DSRC柱的可拆卸。最后,基于下柱及其连接破坏、下柱破坏2种破坏模式,结合相关规范,提出了DSRC柱螺栓数量和法兰板厚度的设计建议;并结合有限元模型分析结果,对螺栓数量计算公式做出了修正。

基于法兰连接的离心式中空RC节段桥墩抗震性能试验研究

为了解决法兰连接在混凝土墩柱中应用时面临的连接方式难实现、受力机理不明确及抗震性能不清晰等问题,提出一种基于法兰连接的离心式中空钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)节段桥墩柱-柱节点拼装方案,从而进一步完善桥梁下部结构预制装配技术。依托于监利至江陵高速公路洪湖一号特大桥工程,设计制作了一个高度为5.6 m的1:1足尺模型墩柱试件,并开展了拟静力试验和数值模拟分析以研究其抗震性能和破坏模式。基于屈服线理论和T形连接节点模型,分析了法兰端板和螺栓受力机理,建立了法兰连接节点的抗弯能力计算模型。结果表明,将法兰节点设置在最不利受力位置即墩柱底部塑性铰区时,基于法兰连接的离心式中空RC节段桥墩在弹性阶段的力学性能仍接近传统现浇墩柱,且满足低烈度区实际工程中的抗震设计要求。但桥墩屈服后在连接节点处发生破坏,说明其耗能能力具有一定的局限性,因此对于中高烈度区应用需开展进一步的研究。所建立的节点受力模型合理地解释了节点破坏的原因,并据此推出了一套该法兰连接节点端板厚度和钢筋直径的设计流程,为未来在中高烈度区应用提供设计建议。

作业温度对水下法兰连接器密封面的影响

针对水下法兰连接器密封面的泄漏问题,利用各向同性粗糙表面的流量因子修正平行圆板泄漏模型,建立膜厚比与泄漏率的关系;运用MATLAB和COMSOL软件联合生成接触密封面实体,并对4种作业温度下的3种均方根粗糙度密封面进行有限元分析,得到粗糙表面平均接触压力与膜厚比的关系;通过数学推导和曲线拟合的方法建立了4种作业温度下3种粗糙表面平均接触压力与泄漏率的关系。结果表明:作业温度对透镜垫表面质量要求有很大影响,在作业温度为20~100℃时,均方根粗糙度为0.4μm的透镜垫可满足泄漏率指标要求,而在100~150℃高温采油作业时,只有均方根粗糙度为0.2μm时才能满足泄漏率指标要求。

循环横向载荷作用下旋转松动期内螺栓法兰连接结构松动行为

为研究横向载荷下旋转松动期内螺栓法兰连接结构松动行为,建立了多种带螺纹升角螺栓法兰连接结构精细有限元模型,分析了不同拧紧工艺对螺栓预紧力大小及散差的影响,进行了松动条件理论分析,从理论上揭示了螺栓松动现象发生的所需条件,并基于预紧力变化和螺纹接触面、螺栓头接触面黏着-滑移接触状态变化情况对循环横向载荷下旋转松动期内连接结构松动行为进行了仿真计算,主要系统分析了螺栓初始预紧力、横向载荷幅值、螺栓位置、螺栓个数、螺栓直径、接触面摩擦系数、止口紧度影响因素对连接结构松动行为的影响规律。结果表明:初始预紧力越大、横向载荷幅值越小、螺栓个数越多、接触面摩擦系数越大、螺栓直径越大、止口紧度越大,连接结构松动越难发生;存在一横向载荷幅值临界值,当小于此临界时,各螺栓均不发生松动,大于此临界时,有螺栓发生松动;存在一螺栓位置值,使连接结构松动最不容易发生。

振动载荷频率对螺栓法兰连接结构松动行为仿真分析

为探究振动载荷频率对螺栓法兰连接结构松动行为的影响规律仿真分析,首先建立了带螺旋升角螺纹的螺栓法兰连接结构精细有限元模型,进行了全六面体网格划分,采用了施加力矩法施加初始预紧力,运用Yamamoto方法和Spowith方法验证了模型的有效性,然后进行了螺栓松动条件理论分析,最后进行了振动载荷下螺栓法兰连接结构松动行为仿真计算,基于螺栓预紧力变化和螺纹接触面、螺栓头接触面黏着-滑移接触状态变化情况分析了振动载荷频率对螺栓松动行为的影响规律。结果表明,存在一振动载荷频率临界值,使得螺栓松动最不容易发生;一定范围内,低振动载荷频率较高振动载荷频率振更容易引起螺栓松动;当达到一定值后,振动载荷频率将对螺栓松动影响较小。

拼装式波纹钢衬砌结构法兰连接节点力学性能试验与数值分析

为研究暗挖衬砌中使用的波纹钢结构法兰连接节点的受力性能,设计对该类节点进行抗弯试验研究及数值分析。对法兰连接波纹钢试件、带有加强构件的试件与无连接钢板试件进行纯弯试验研究,监测各个试件在纯弯曲状态下的应变和变形,同时改变法兰板厚度与波纹板厚度两种参数,研究其对于连接节点承载能力的影响。运用有限元法对板件在试验工况下的响应进行模拟,改变法兰板厚度、螺栓预紧力及荷载方向以探究其对法兰板的响应。结果表明,构件的几何参数将导致节点破坏模式与承载能力的不同,相对较弱的构件将控制节点处的承载能力。所选用的两类加强方式均对构件的强度与刚度有较好的加强效果。有限元计算结果与试验结果吻合较好,法兰板厚度和螺栓预紧力均对节点的力学性能产生了一定影响。节点承受负弯矩状态下的刚度有所降低,约为承受正弯矩时刚度的50%~65%。

CFRP对称铺层环形法兰连接拉伸刚度计算方法

为计算碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced plastic,CFRP)对称铺层环形法兰连接的拉伸刚度,基于圆板对称弯曲和经典层合板理论提出一种考虑环向支撑、材料各向异性和撬力作用系数的计算方法。在制备过程中,采用预浸料手工铺设和模压成型的方法成型试件,而后开展了3组不同法兰板厚度(2.2,3.0,3.8 mm)连接件轴向拉伸试验。通过对比理论计算值与试验结果,验证了计算方法的正确性,误差均不大于13.61%。通过理论模型分析影响因素,结果表明:拉伸刚度随法兰板厚度、外径和内径的增大而增大,随螺栓所在的半径变大而减小;改变螺栓位置对于拉伸刚度的提升比改变法兰板内外径更显著,当螺栓位置由90 mm调整至85 mm时,拉伸刚度提升59.54%。

多工况耦合法兰连接结构密封性研究

法兰连接结构广泛应用于工业生产领域,法兰处若发生泄漏,会影响设备正常运行,严重时还会对人员造成伤害,对环境造成污染。由此,对法兰连接结构的密封性进行研究,具有重要工程意义和价值。以法兰连接结构为研究对象,利用Waters设计方法和有限元分析方法,对不同预紧装配顺序,以及压力温度载荷工况、机械载荷工况、振动载荷工况的密封性进行分析。研究结果表明,螺栓预紧装配顺序、压力温度载荷工况下不均匀预紧、机械载荷工况、振动载荷工况均会对法兰连接结构的密封性造成影响,不同工况下预紧力丧失为20%~80%。在工程应用中,采用顺序紧固方式,在升温降温工况下,系统管道中管端载荷及振动载荷均会造成垫片接触应力分布不均匀,严重时可能导致垫片泄漏。对此,可以采用螺栓交叉拧紧、高温环境螺栓热紧工艺、双叠防松垫片等措施进行预防。

法兰连接管道安装技术

应用房屋建筑机电管道连接安装技术提高建筑物的抗震性能,是建筑业的研究热点.本文以某工程为例,从理论和实践层面对提升抗震性能的房屋建筑机电管道连接安装技术进行了分析.管道连接选择法兰连接方式,确保了管道系统的连接质量和抗震性能;分析了加强管道支撑和固定的方法,包括加强管道支架的固定、安装管道固定件等;采用激光测量仪、机器人焊接等现代化的施工工艺和设备进行管道布局及排列,减小了地震荷载对管道系统的影响,可为建筑行业提高房屋抗震性能提供参考借鉴.

薄壁不锈钢管卡凸压缩式法兰连接施工技术

本文主要介绍了薄壁不锈钢管卡凸压缩式法兰连接技术的相关内容,包括其工作原理、应用优势、操作工艺、安装要点、质量保证措施、应用效果及应用前景等方面。文章首先简要概述了该技术的背景和意义,接着重点阐述了其工作原理和特点,并从多个角度分析了该技术的应用优势。随后详细介绍了该技术的操作工艺和安装要点,并提出了质量保证措施。最后,文章通过具体案例说明了该技术的应用效果,并探讨了其推广应用前景。

具有非线性垫片的螺栓法兰连接的理论计算与实验研究

按现行规范设计的螺栓法兰连接不能保证有效的密封,本文基于A.I.Soler等人对螺栓法兰连接的分析,对一具有非线性垫片的螺栓法兰连接进行理论计算与实验。该计算从螺栓——法兰——垫片系统出发,考虑垫片的物理非线性以及螺栓的拉伸和弯曲,分别模拟了系统在预紧和操作阶段的螺栓应力、法兰应力和垫片应力。此外,对一实际的法兰连接进行了实验研究,试验结果与计算结果吻合较好。

钢管结构法兰连接节点抗弯承载性能的试验研究

研究了钢管结构法兰连接节点的抗弯承载性能.通过试验方法,采用螺栓应变测量装置,对含4种基本形式的法兰连接节点的试件进行四点弯加载试验,考察了在节点受弯过程中螺栓和法兰板的受力特性.试验得到了其屈服荷载与极限荷载,并且与相应的有限元分析结果吻合良好.试验结果表明,法兰连接节点的受拉区存在明显的撬力作用,刚性法兰连接节点的撬力作用小于柔性法兰连接节点.法兰连接节点的安全储备约为1.2.

特高压电气设备法兰连接处的弯曲刚度试验研究

为研究特高压电气设备元件与法兰胶装连接处的弯曲刚度分布规律,采用自主设计的加载装置,针对具有代表性的9个瓷套元件进行弯曲刚度试验。运用极差法对试验数据进行分析,得到了各瓷套元件与法兰连接胶装部位的弯曲刚度,并进一步得到各元件法兰连接部位的弯曲刚度系数,分析了弯曲刚度系数与设备外径、胶装参数影响因子之间的关系。结果表明,设备外径小于300 mm时,由实测数据计算得到的弯曲刚度系数与现行规范中的6.54×107相接近,随着电气设备外径的增大,法兰连接部位的弯曲刚度系数呈降低趋势。由于特高压电气设备截面外径一般在300 mm以上,规范中规定的法兰弯曲刚度计算公式已经不适用于特高压电气设备。通过对试验数据进行拟合分析,给出了适用特高压电气设备的法兰弯曲刚度系数计算公式,最后通过3个典型特高压电气设备的仿真和试验结果的对比,验证了所提出的公式的正确性。

深海管道法兰连接机具的设计与仿真分析

深海管道法兰连接机具是一种应用于深水回接的特种机具,可以完成远程操控的法兰连接作业.随着海洋石油逐渐走向深水,机具的研制将大大提高我国深水回接技术水平.设计了深海管道法兰连接机具总体结构,阐明了其工作原理,设计了机具的关键部件,即拉伸拧紧机构,其利用拉伸拧紧方式实现法兰的螺栓连接.建立了机具运动学模型,对机具的工作过程进行了数学描述,为进一步研究液压控制系统提供了理论依据.同时对机具进行了基于ADAMS的多体动力学仿真研究,验证了机构的合理性.

含剪力销(锥)螺栓法兰连接结构非线性特性

连接结构广泛应用于航空航天、化工装备和核电站等大型工业装备中。对于轴弯剪组合作用下的连接结构,需要螺栓、法兰和剪力销的联合工作以抵抗外力。本文针对含剪力销(锥)的螺栓法兰连接结构的动力学问题开展研究,将该类结构抽象为三自由度的质量-双线性弹簧系统,建立非线性动力学模型的数学列式,并进行数值求解。重点研究该系统在横向冲击(剪力)下的动力学特性。通过理论分析与数值计算,指出该非线性系统存在3个方向自由度全耦合的振动现象,并阐述该系统自由度的解耦条件;对纵向振动与横向错动的耦合振动频率关系进行讨论并分析其相互联系;研究剪力销倾角对螺栓最大轴向拉力的影响规律并给出关系曲线,指出其最佳设计角度区间。

高温法兰连接结构的有限元模拟及安全评定

利用ANSYS软件分析了高温螺栓法兰连接系统在预紧、承压及热-机操作工况下的应力和变形行为,并基于强度分析和密封分析对螺栓法兰连接进行了安全评定。结果表明:不同工况下,应力具有相似的分布规律,法兰最大应力在螺母与法兰接触面的内侧,上、下法兰应力分布具有对称性;螺栓应力呈现拉弯组合形变,最大应力出现在由中间向两端第一个螺纹根部;垫片应力在各工况下均呈现为外大内小,密封面压力均大于满足密封要求的最小压紧力,法兰的转角均小于0.3o,满足法兰刚度要求,强度分析和密封分析均满足要求,具有良好的紧密性,给出了一种工程分析方法。