悬吊式空调机组支吊架的谱分析及抗震评定

基于反应谱分析方法,应用ANSYS有限元软件及其APDL编程,采用空间梁单元、3D纵向弹簧阻尼单元和实体单元建立完整反映结构特性的三维有限元模型,对某空调机组悬吊式安装方式下的支吊架进行抗震计算。考虑静力载荷和运行基准地震(OBE)载荷进行静力分析,然后在此基础上进行模态分析和OBE载荷下的多点响应谱分析,按照模态组合的平方和之开根号法(SRSS法)综合静力分析和谱分析的计算结果,依据ASME AG-1规范,对支吊架的强度和刚度进行抗震评定。结果表明:在静力载荷和OBE载荷的组合工况作用下,支吊架的拉应力、剪应力、弯曲应力及拉弯组合均小于应力限制值,安全余量很大;支吊架的位移大部分来自于弹簧阻尼减振器收缩引起的整个系统的刚性位移,其余来自于槽钢底框的相对位移,二者的刚度都满足要求且安全余量较大;支吊架根部的膨胀螺栓主要受拉力的作用,其强度满足要求且安全余量较大。经评定,该悬吊式空调机组支吊架具备足够的抗震强度和刚度。

大型回转窑筒体结构的力学行为分析

运用理论分析和有限元技术,研究复杂重载、多支承、变刚度和超静定的大型回转窑筒体结构力学行为。基于超静定连续梁模型和赫兹理论,计算筒体支撑与摩擦载荷以及轮带与托轮的接触压力和面积,为筒体有限元建模提供边界条件。综合考虑多个附件对筒体载荷与刚度的复杂影响。通过定义当量密度等效处理重力载荷。由于耐火砖层的松散堆砌特点,在含耐火砖筒体模型中,若将耐火砖作为整体赋以砖块刚度与实际不符,故将弹性模量赋以小值,以减弱其刚度影响。首次解析推导出耐火砖对筒体的压力分布公式,建立效率更高、不含耐火砖的函数加载筒体模型。两种模型相互验证地分析筒体的变形和应力状态,并与文献中同类回转窑的应力结果接近。结果表明,回转转矩和摩擦阻力对筒体变形及应力的影响很小;筒体应力最高和横截面圆度最差的薄弱部位均在中间档支承处,解释了掉碎砖现象和潜在安全问题的发生机理,且与该窑体的维护记录相符。文中分析方法和结果对回转窑筒体的安全评估、补强设计和窑线调整均有参考价值。

带接管组合法兰的强度和密封有限元分析

螺栓法兰连接是石化设备和管道中应用最广泛的密封形式,对其完整性和紧密性分析仍是工程中亟待解决的问题。综合考虑垫片的非线性压缩回弹本构关系、螺栓预紧和法兰垫片接触作用,将带接管的组合法兰、垫片、螺栓作为一个系统进行三维非线性有限元模拟。基于强度和密封要求,借助Waters公式和有限元试算,选定合适的螺栓预紧载荷。计算获得组合法兰在预紧、操作、设计和水压试验4种工况下的应力与变形分布规律。依据JB 4732对法兰应力进行分类强度评定,依据ASMEⅧ-1从垫片应力和法兰转角两个方面进行密封评定。可为实际应用提供参考。

回转窑液压挡轮的应力强度与疲劳断裂分析

运用有限元技术对一台大型沥青焦回转窑设备中发生断裂事故的液压挡轮部件进行强度失效分析及疲劳寿命估算。通过断口形貌分析和金相实验,得出失效机理为疲劳断裂的定性结论。利用Ansys软件建立挡轮的有限元模型,计算出应力和变形等一系列结果。在确定交变应力幅值及裂纹尖端应力强度因子的基础上,利用Paris公式预算含缺陷挡轮的疲劳寿命。在选材及造型设计上对挡轮提出改进方案,将韧性较差的铸钢材料替换为韧性较好的锻钢材料,并优化挡轮轮辐减重孔直径,提高挡轮的疲劳寿命,从而在强度及韧性上均达到最优。设计长期交变应力状态下的工件必须兼顾材料的强度、韧性及其造型优化,这一结论对各类动态承载机械零部件的设计均具有参考价值。

大型回转窑支承系统的力学行为分析

对操作工况下大型回转窑支承系统的力学行为规律进行理论分析和接触非线性有限元仿真。根据轮带结构和运行特点,解析导出轮带内壁受筒体的压力分布公式,修正了长期以来前人轮带压力公式的不妥之处。基于Ansys及其APDL(Ansys parametric design language)编程,实现对支承系统的多体接触模型在分布压力、摩擦转矩和预紧配合作用下的复杂加载及其边界非线性有限元模拟,获得回转窑支承系统的变形与应力分布规律。结果表明,轮带与托轮之间是循环挤压过程;每回转一周,轮带内外表面的等效应力经历五次脉冲循环,在与托轮接触处的峰值应力达最大。托轮外表面也存在较高接触应力。循环应力集中是使轮带与托轮发生表面疲劳失效的根本原因。过盈配合与支承载荷的双重作用,导致轮孔在与轮轴的配合端面成为托轮强度的最薄弱部位,可解释轮孔开裂或喇叭口失效现象。摩擦转矩使载荷偏置,导致支承系统应力分布非对称,故左右对称模型只适用于停工状态,对操作工况是不准确的。这些认识对回转窑支承系统的设计、检修和窑线调整具有参考价值。

ABS衣架式模头的失效分析及其结构改进

利用有限元软件Polyflow对失效ABS棒材挤出模头的流道进行了数值模拟,得出压降过大是模头失效的主要原因。为降低模头压降提出改进方案:歧管的入口半径增大5 mm,模头压降降低了1.83 MPa,且出口速度分布更加均匀;扇形区的厚度增大2 mm,模头压降降低了2.06 MPa,但出口的速度变得更加不均匀;扇形区的厚度沿幅宽方向变化的模头改进相比对应的等厚度扇形区的模头压降降低了0.27 MPa,同时改善了模头出口速度的均匀性,但对压降与模头出口速度均匀性的改善效果并不明显;在歧管半径增大5 mm、扇形区厚度增大2 mm的改进基础上,双衣架模头的结构改进方法能将模头的压降降低了5.47 MPa。工艺改变特别是温度变化,对衣架式模头的正常挤出影响很大,当温度分别为260、240、225℃时,模头和分配器的总压降分别为5.9、10.7、14.2 MPa。通过对失效模头的各个关键参数进行改进模拟,定量地获得了各因素对模头压降与速度分布的影响规律和趋势,为类似衣架式模头的设计提供了思路和参考依据。

基于ASMEAG-1规范的核岛主控室暖通风管隔振吊架系统的有限元谱分析及其抗震评定

采用壳单元、空间梁单元、三维等参元、阻尼弹簧单元和集中质量单元对某核岛主控室的暖通风管隔振吊架系统建立有限元模型。首先进行隔振评定、正常工况应力分析和模态分析,然后进行多点地震响应谱分析,最后基于ASME AG-1规范,对板壳型和线型构件的强度与刚度进行分类评定。结果表明,不同工况的谱分析结果与其载荷谱值几乎成比例关系,不同阻尼比系数对谱分析结果影响甚微,只对共振起到不同的抑制作用。为避免谱分析时遗漏重要模态,必须检查并确保模态参与质量总和超过90%。该方法对核岛厂房HVAC设备的隔振设计与抗震评定有参考价值。

入口半径为参数的衣架式模头设计及数值验证

以歧管入口半径为参数,根据模头内从入口到出口各个流线上压力降相等为准则推导出衣架式模头流道的结构尺寸方程。将用UG建立的不同歧管入口半径的流道导入ICEM中划分结构网格,然后在Polyflow有限元软件中进行数值模拟以验证方程的正确性。结果表明:模头流道内的压力和出口处速度均得到了均匀分布,并且在一定范围内歧管入口半径的增加能够显著地降低流道内熔体的压力降,而对出口速度均匀分布及滞留区大小的影响却很小。该方法可为设计人员提供参考。

还原炉挠性夹套的焊接残余应力有限元模拟

夹套是广泛运用在化工、医药等行业设备上的加热冷却装置,夹套焊缝是常常发生开裂泄漏的失效部位,焊接残余应力是导致开裂泄漏的重要因素之一。利用有限元技术对一种新型多晶硅还原炉挠性冷却夹套的焊接过程的温度场、残余应力和塑性应变场进行了数值模拟。借助ANSYS的APDL编程和单元生死技术,采用热-结构直接耦合法,传热分析采用含高斯热源的瞬态过程、应力分析为稳态,材料本构为随温度变化的双线性随动强化弹塑性模型。通过模拟获得焊缝区域残余应力和塑性应变的分布规律,为同类夹套的焊接强度评定提供了有效方法。

支架沉降对大口径煤气管道结构安全性的影响

针对大口径煤气管道由于支架地基严重沉降而引起的自内力和强度安全问题,进行有限元模拟、强度评定和沉降规律研究。计算实际支架相对沉降导致的管道变形和应力分布,基于塑性失效等安全裕度准则,对应力进行分类强度评定。通过试探加载法,估算出中间支架单个鞍座的下拉载荷约等于管道自重的三倍。绘出管道底部典型位置的最大当量应力随中间支架相对沉降量的变化曲线,结果显示各处当量应力对支架沉降的响应基本呈线性规律,表明支架沉降引起的管道自内力相当于比例加载。同时发现,应力越高的位置对支架沉降越敏感,即随相对沉降量的增加会变得更加危险(?)据此提出垫高鞍座和局部补强的改造措施并获得良好效果。

20g材料中氢扩散规律研究及氢对材料力学性能的影响

搭建了加速渗氢试验装置和氢含量测试装置,对20g材料氢扩散规律进行研究并测试氢含量对材料力学性能的影响。结果表明,材料的强度和塑性随氢含量的增加而下降,但屈服强度下降并不明显。当充氢电流和充氢时间达到一定程度时材料中可扩散氢含量不再增加,进入钢中的大量氢原子在夹杂等缺陷处聚集成氢分子,随着氢浓度的增大,钢材的氢损伤程度也越严重。

反应器盘管撞击凹坑的残余应力模拟及其疲劳分析

在无损检测未发现反应器盘管壁厚减薄及微裂纹等缺陷的前提下,重点研究材料硬化、塑性变形和残余应力对其正常工作和疲劳寿命的影响。借助ANSYS的APDL编程,对撞击后盘管凹坑的残余应力、应变场和后续运行工况进行数值模拟,本构关系为双线性等向强化弹塑性模型。通过模拟获得的残余变形与实际吻合,在此基础上,对操作工况凹坑最大应力点进行疲劳分析,预测盘管的疲劳寿命。

焦炭塔高压切焦水射流的CFD仿真及其对塔体安全影响评估

借助CFD软件Fluent和FE软件ANSYS,分析评估焦炭塔除焦阶段提高泵压后的高压切焦水射流对塔体安全的影响。采用标准k-ε湍流模型和适于自由表面流的VOF多相流模型,模拟高压水射流在塔内空气中湍流状况;获得射流压力、速度和二相组分的分布规律,与实验结果相符。分别对在水射流和自重载荷下的焦炭层与焦炭塔的应力强度进行有限元分析。在分析焦炭塔的应力强度时,通过在内壁节点施加非均匀切向力来模拟焦炭重量,从而建立不含焦炭、高效简化的切向力模型。

催化裂化装置三旋中心筒多开孔接管的热应力失效仿真及其对策

针对炼油催化裂化(FCC)装置三旋中心筒多开孔接管补强圈附近出现多处开裂泄漏的失效问题,建立反映FCC三旋中心筒实际传热和力学状态的三维有限元模型,采用ANSYS依次进行温度场、热变形和热应力分析。根据实测温度数据,插值处理后建立内外热分析边界条件,采用三维等参元模拟稳态温度场,指出补强圈附近热应力集中的原因之一是因补强圈不能与壳体紧密贴合形成近似绝热的死空气间隙层。对旋风分离器支腿底板的自由滑动与固定约束、虾米弯管道原设计冷拉伸和改进冷拉伸的各种工况组合,分别进行热应力分析及其分类强度评定,发现原设计缺陷及安装与维护中的热补偿不当是导致开裂的主要原因,从而提出改进方案,实践证明效果很好。本方法可为高温容器多开孔接管的强度与热补偿设计提供有益参考。

碳纳米管力学性能分析的分子结构有限元模型

基于分子结构力学理论，将C—C共价键等效比拟为空间梁单元，利用ANSYS的二次开发工具APDL语言编程创建能够恰当模拟碳纳米管原子间相互作用势的分子结构有限元模型，应用该模型详细研究碳纳米管在简单拉伸和纯扭转时的力学性能及其尺度效应，即手性角和管径变化对碳纳米管杨氏模量、泊松比和剪切模量的定量影响。计算结果表明，杨氏模量和剪切模量与大部分相关文献的结果吻合，但泊松比的数值结果和尺度依赖性规律在国内外文献中尚未获得统一观点，且在弹性模量、泊松比和剪切模量之间未发现明确的定量关系。

工厂预制、现场装配——机电安装的发展趋势暨装配式支吊架的主要问题综述

本文是2013年1月由中国安装协会主办的装配式管线支吊架技术发展趋势全国研讨会的主题报告。阐述机电安装行业的发展环境、迫切需求和"工厂预制、现场装配"的必然发展趋势。就装配式支吊架技术的优势、现状和存在的主要问题进行深入剖析,探讨了装配式支吊架标准图集的制定方向、应用范围、目标和特色,提出研究计划,期待完善和推广装配式支吊架新技术,从而促进安装行业的绿色高效发展。

水中圆锥形柱腿的自振特性分析

水中圆锥形柱腿的抗弯刚度和分布质量沿柱高是变化的，液团交界面不是一个圆柱面，分析该系统的耦联振动有一定难度。本文基于线性自由液面条件和势流模型，采用干模态展开，深入研究了这类柱腿的弯曲自振特性。文中首先借助微分算子分解和变量代换求出相应的干模态，由于它是封闭解，从而给干模态展开研究湿模态问题带来极大的方便。然后再利用干模态的完备正交性，将求干模态空间里的主坐标变成一个低阶广义特征值问题。和有限元等数值方法相比，计算工作量小且精度高。

碳纤维缠绕储氢瓶的有限元自紧分析和爆破压力预测

根据高压储氢瓶的金属内胆和外部碳纤维缠绕层的结构特点进行各向同性金属和各向异性复合材料叠层的有限元建模。考虑自紧作用与气瓶的实际工况,对气瓶在不同内压下应力和变形的弹塑性响应进行了分析。参考DOT CFFC标准对气瓶进行了自紧设计和弹塑性加卸压模拟分析。基于渐进破坏理论,用Tsai-Wu失效准则判断复合材料失效模式,并据此修改单元刚度;利用单元生死技术,依据失效单元数目的急剧增大来预测气瓶的爆破压力,与文献试验结果相比误差很小,验证了该方法的可靠性。

S-W缺陷影响单壁碳纳米管拉伸和扭转力学性能的仿真研究

基于分子结构力学方法,应用APDL(ANSYS Parametric Design Language)参数化编程,建立了含S-W(Stone-Wales)缺陷的单壁碳纳米管有限元模型。提出方向角的概念以表征缺陷的不同类型。对一系列含S-W缺陷的单壁碳纳米管进行轴向拉伸和纯扭转的仿真计算,揭示出缺陷类型、数量和排列方式对其力学性能的影响规律。结果表明,弹性和剪切模量都会因缺陷的存在而出现不同程度的折损,特殊情况下反而上升,可从能量观点加以解释。缺陷的类型和排列方式决定其对弹性和剪切模量的影响趋势;当缺陷的类型和排列方式一定时,弹性和剪切模量的折损率与缺陷数量大致成正比。所得结论对实际含缺陷碳纳米管力学性能的评估和缺陷状况的预测均具有指导意义。

含轴向穿透裂纹的三通管道应力强度因子有限元分析

针对开孔率d/D=0.5的焊制三通管道,基于ANSYS软件及其APDL编程,采用三维奇异元,对开孔率为d/D=0.5的焊制管道三通进行数值模拟。主要考察三通在内压、主管端部面内和面外弯矩以及扭矩载荷作用下的主管腹部轴向穿透裂纹的复合型应力强度因子。通过改变裂纹位置和尺寸,计算获得不同大小的轴向穿透裂纹由主管腹部移至焊缝附近过程中的三类应力强度因子各自的变化规律和危险位置。这些结果在应力强度因子手册中尚未涉及,对工程中含缺陷三通管道的剩余强度评定具有参考价值。