转化器床层隔板和弧形隔板的有限元分析

应用ANSYS有限元分析软件,建立了转化器床层隔板与外筒体、中心筒以及弧形隔板与外筒体、中心筒组合结构分析模型;计算了结构在内压作用下的弹性应力;按照钢制压力容器相关标准(JB4732-1995)分析了设计工况下的应力水平,并进行了强度评价。结果表明,该有限元分析可对转化器的设计提供有益的参考。

L型隔板弧形双钢板组合墙板抗爆性能试验与数值研究

弧形双钢板混凝土组合墙板结构具有和拱结构相同的传力机理,可以充分发挥混凝土优异的抗压性能,极大地提高了结构的承载力。该文开展了L型隔板弧形双钢板混凝土组合墙板(L-shaped-Curved Double Steel Concrete Composite Wallboard,L-CDSCW)在近场爆炸作用下的试验研究,通过混凝土的损伤分析和结构变形分析探究其抗爆性能。基于ANSYS/LS-DYNA软件进行了L-CDSCW试件爆炸响应的数值分析,参数化分析了不同关键参数对L-CDSCW试件抗爆性能的影响规律。结果表明:近场爆炸作用下,L-CDSCW试件未出现倒塌或崩塌现象,具有较强的抗爆性能;增加钢板厚度可以减小混凝土跨中凹陷深度和混凝土塑性破坏;增加TNT当量和降低爆距会显著增加底部钢板跨中最大挠度,同时也会增加混凝土跨中凹陷深度和混凝土损伤。研究结果可以为弧形双钢板混凝土组合板的应用提供一定的技术参考。

正交异性钢桥面板横隔板疲劳损伤处治研究

钢箱梁上翼缘的正交异性钢桥面板,在车辆轮载的反复作用下,极易发生损伤和裂纹,且90%以上为疲劳损伤,而横隔板是正交异性钢桥面板主要损伤构件,占比28.8%.为研究钢箱梁正交异性钢桥面板横隔板病害的处治方法,通过病害统计、病害形成过程跟踪、病害成因分析、病害实桥处治,详述钢箱梁正交异性钢桥面板横隔板弧形切口处母材裂纹、横隔板上过焊孔处母材裂纹、横隔板与U肋焊缝裂纹、横隔板与面板焊缝裂纹四大类横隔板病害的处治方法.通过对例桥1维修三年后病害再生情况统计,所修480处横隔板相关病害中发生再生病害30处,再生病害发生率6.25%;通过对例桥2横隔板CFRP板补强完工三年后的检测,例桥3横隔板与U肋焊缝加强角钢补强完工后的检测,未发现补强部位再生病害.结果表明:所述各类病害维修方法可靠,对同类型病害维修具有参考价值.

钢箱梁横隔板弧形切口疲劳性能及构造优化研究

为评估正交异性钢桥面板的疲劳寿命,给维修和设计提供参考,以某连续钢箱梁桥(设置高1.8m的横隔板与净高0.9m的横肋)为背景进行研究。采用ANSYS子模型技术建立了钢箱梁节段模型,基于热点应力法对横隔板与横肋弧形切口起始处和弧形切口自由边两处疲劳细节进行了寿命预测,并就两处细节疲劳性能对弧形切口型式和板厚变化的敏感性进行了分析。结果表明:随横肋高度增加,弧形切口两处细节的疲劳性能对于板厚变化的敏感性增强;随弧形切口曲率比增大,弧形切口起始处的计算寿命增加,而弧形切口自由边的计算寿命减小;优化后横隔板与横肋的弧形切口的曲率比分别取3.33和4.29、板厚分别取12mm和8mm,较原设计切口型式,优化后可将横隔板与横肋的弧形切口的计算疲劳寿命分别延长7.8年和9.6年。

基于规范理解的正交异性钢桥面横隔板弧形缺口局部区域疲劳验算

针对横隔板弧形缺口局部区域疲劳开裂问题严重,采用名义应力法进行疲劳验算名义应力难以确定,以及中国JTG D64 2015《公路钢结构桥梁设计规范》关于名义应力表述不清等问题,探讨了基于规范的正交异性钢桥面横隔板弧形缺口局部区域的疲劳验算方法。首先,对比分析了 JTG D64-2015《公路钢结构桥梁设计规范》(后文称《公路钢桥规》)与欧洲Eurocode规范的各疲劳设计条款的异同,指出了中国《公路钢桥规》各疲劳设计条款的主要来源及其与欧洲规范各疲劳设计条款的相应关系,以及中国规范中抗疲劳设计条款的不足;其次,介绍了欧洲规范关于横隔板弧形缺口母材处以及横隔板与U肋连接处角焊缝名义应力的相关计算方法;最后,通过算例介绍了如何应用名义应力法验算横隔板弧形缺口母材以及角焊缝处的疲劳强度。

钢桥面板横隔板弧形开孔处疲劳裂纹成因分析及构造措施

钢桥面板横隔板弧形开孔处是疲劳裂纹的高发位置。为了分析该位置疲劳裂纹的成因,首先根据关注细节的应力影响线,分析了车轮面内和面外荷载对不同细节应力幅产生的效应。结合火焰切割边缘残余应力的分布,对弧形开孔边缘主压应力主导的状态仍产生疲劳裂纹的现象进行了解释。然后根据线性累计损伤准则,说明了超载对弧形开孔边缘疲劳细节的损伤度的影响。最后讨论了弧形开孔位置焊缝的构造形式和加工制造工艺。优良的焊缝质量和合理的构造形式将会降低应力集中效应,限制超载是控制疲劳裂纹发生的关键。

钢箱梁横隔板弧形切口疲劳性能及构造优化思路探究

随着我国经济发展迅速,社会不断进步,人们对工程追求越来越高,土木工程的责任越来越重,为了满足人们日益增长的需求。通过钢箱梁横隔板弧形切口病害特征、疲劳细节、交通载荷等工程信息的汇总,针对横隔板弧形切口母材疲劳为面外,反复变形所致的事实进行深度探究,并且探索目前接触到的钢箱梁横隔板弧形切口处疲劳裂纹的最合理且最有优势的补强方案,建立钢箱梁节段的整体模型,构造模型,揭示横隔板弧形切口疲劳开裂的产生原因,分析其机理,进而对典型补强方案进行了分析,探讨其优劣性。研究直接双面加补强钢板的方案对弧形切口起弧点应力是否有明显改善作用,是否会导致横隔板与U肋连接处的应力增大,还是会减小应力,经过讨论采用弧形切口优化搭配着双面补强钢板的方案进行加固,发现这对弧形切口及横隔板与U肋连接处应力有明显的改善作用,然后根据热点应力法对横隔板与横肋弧形切口起始处进行探究,搭配弧形切口自由边两处疲劳细节进行其使用寿命的预测,探究分析细节疲劳性能对弧形切口型式和板厚变化的敏感度高低。

转化器隔板的设计与应用

介绍了转化器隔板改进的过程,阐述各种转化器隔板结构的特点,重点分析中心圆筒式转化器弧形隔板的优点,并通过有限元分析方法对其进行设计计算,得出了满足工艺要求的弧形板结构。实践证明,弧形隔板加工方便,制作成本低,设备可靠性高,且拼焊施工简单,有着广泛的应用前景。

中心筒转化器隔板优化

介绍中心筒转化器结构特点,分析弧形隔板受力情况。以某转化器改造项目为例,提出弧形隔板优化方案,并采用有限元分析验证优化方案的可行性,为中心筒转化器设计提供参考。

钢-聚氨酯夹层桥面横隔板切口应力分析

钢箱梁弧形切口疲劳开裂是最常见的疲劳病害问题之一,该处容易造成应力集中。为解决这一问题,本文提出使用新型钢-聚氨酯夹层桥面板(简称"SPS桥面板"),通过分别建立使用钢桥面板和夹层桥面板的钢箱梁节段模型,比较两者在整体结构的应力、弧形切口周边应力,结果表明夹层桥面板的使用显著降低了弧形切口应力,有利于缓解疲劳开裂风险。

正交异性钢桥面板横隔板弧形切口疲劳性能

为了揭示正交异性钢桥面板弧形切口母材的开裂机理,采用有限元程序ANSYS建立钢箱梁节段模型与钢桥面板单元子模型,为确保计算的精确性,进行了网格无关性检查,分析了弧形切口疲劳细节在移动轮载作用下的应力响应特征,分别采用热点应力法与名义应力法评估了弧形切口细节的疲劳性能,并研究了横隔板厚度与切口形状对构造细节应力的影响。研究结果表明:弧形切口细节应力影响线长度在纵桥向为横隔板间距的2倍,因而可用疲劳车的中轴组单独加载,根据AASHTO LRFD,1辆5轴疲劳车会在该构造细节上产生2或3个应力循环;弧形切口在纵、横桥向的最不利荷载位置分别为轮载中心作用于纵肋腹板与面板交界处和中轴前轮作用于距横隔板0.3m处;弧形切口边缘应力集中点的应力方向与水平面的倾角为67.2°;疲劳评估结果与名义应力提取位置密切相关,可采用热点应力法并基于FAT125的疲劳寿命曲线进行弧形切口的疲劳评价,也可根据疲劳等效原则提取距切口边缘5mm处的应力,并基于名义应力法开展疲劳评价;建议采用Eurocode 3中圆弧半径较大的公路桥梁切口形状,其热点应力与研究的切口形状相比降低了12.4%,且当横隔板厚度不小于12mm时,弧形切口细节的应力幅小于截止应力幅,为无限疲劳寿命;横隔板弧形切口的开裂与切口形状不佳、横隔板厚度偏小、制造工艺不完善以及货车通行量大等因素密切相关。

XFEM及其在正交异性钢桥面板疲劳裂纹扩展中的应用

为了研究某大桥扁平钢箱梁正交异性钢桥面板模型试验中出现裂纹的原因,根据试验模型创建了三维扩展有限元(XFEM)模型进行整节段数值计算,利用不连续伽辽金扩展有限元(DG-XFEM)对裂纹扩展进行了模拟。结果表明:弧形开孔与U肋连接附近为高应力区,该高应力与几何不连续、焊接缺陷引起的应力集中及残余应力等不利因素叠加,使得弧形开孔与U肋连接附近成为疲劳最敏感的部位,即疲劳裂纹产生地;裂纹扩展的初始阶段与主应力等值线垂直,沿最大主应力方向扩展;裂纹出现的位置、扩展路径和长度与试验结果符合很好,与实际桥梁裂纹出现的位置和形态基本一致,也与裂纹扩展的基本理论一致。

浅谈中心筒型转化器

通过与桩柱式转化器进行对比,详细介绍了中心筒型转化器的弧形隔板、触媒支撑和中心筒的独特结构特点以及耐温铸铁、碳钢和不锈钢三种材料选择,并总结了中心筒型转化器具有投资少、气体分布效果较好、制造较为简单等特点。

吸收氧化反应器结构设计与优化

吸收氧化反应器内部存在支撑柱、分区隔板等结构,利用有限元方法对不同结构、不同工况下设备进行受力分析,完成设备结构优化。通过对支撑柱及罐顶受力分析研究,确定支撑柱导向结构设置方法并选取最优的罐顶半径;通过对分区隔板承载能力和受力分析,提出采用弧形分区隔板结构并研究确定弧形半径,降低分区隔板厚度及肋条规格及数量。

正交异性钢桥面板横隔板弧形切口疲劳评价的热点应力法

借助有限元分析和随机车流下构造细节应力现场监测数据获取了某正交异性钢桥面板横隔板弧形切口疲劳细节一定宽度范围内的应力时程,分析了应力峰值分布;基于国际焊接学会和挪威船级社推荐的热点应力外插公式评价了横隔板弧形切口疲劳寿命,研究了适用于横隔板弧形切口热点应力的外插公式。研究结果表明:在桥面车辆通行下,横隔板弧形切口响应为压应力,且应力峰值大;横隔板弧形切口不仅产生了显著的应力集中,且应力沿构造细节最小净截面一定范围呈显著的非线性分布;因应力插值点位于横隔板弧形切口应力分布的非线性区,采用国际焊接学会和挪威船级社提出的热点应力插值公式得到的热点应力偏大,评价的疲劳寿命均偏保守;提出的两点线性外插公式和三点二次外插公式的应力插值点均位于构造细节应力的线性分布区,且第1个插值点均距横隔板弧形切口自由边1倍横隔板厚度,依此方法评价的横隔板弧形切口疲劳寿命与实桥该构造细节的开裂寿命较为一致。正交异性钢桥面板横隔板弧形切口的疲劳性能评价若基于热点应力法开展,可采用疲劳等级FAT90和建议的三点二次外插公式。

基于实测车流的钢箱梁横隔板疲劳特性

为研究车流荷载作用下钢箱梁横隔板弧形切口处母材的疲劳特性,以佛山平胜大桥为背景工程,基于动态称重系统(WIM)监测数据,得到了该桥9种车型的疲劳荷载谱,运用ABAQUS建立了钢箱梁节段模型,计算了横隔板弧形切口处疲劳应力时程曲线。通过模型试验验证,得到了设计弧形切口的疲劳寿命和裂纹扩展规律。研究结果表明:该悬索桥疲劳车型可简化为V2~V10共9类,不同车道的同一车型轴重差异较大,3^#、4^#车道轴重普遍高于1^#、2^#、5^#车道,最大轴重为3~#车道的V10车型的Z3轴,重达151 kN;重车道(3^#、4^#车道)V2~V10车型的比例明显高于其他车道;轮轴作用下弧形切口处沿纵桥向的应力影响线较短,约3个横隔板间距,动力响应始终为压应力,且仅能识别轴组,不能分辨轴组中的单根轴重,当V10车型后轴组通过时,弧形切口的压应力幅达最大,为-169 MPa;考虑车辆超载时,弧形切口处的最小和最大疲劳应力幅分别为不考虑车辆超载时的1.17倍、1.75倍;模型试件在膜压应力幅作用下弧形切口处母材出现疲劳裂纹,开裂位置与实桥一致,均萌生于横隔板弧形切口处起弧点附近,裂纹长度达53 mm;裂纹扩展前期速率较快,后期逐渐减慢;轮载横向作用位置对弧形切口处应力幅影响很大,轮载作用于弧形切口正上方时,该位置应力幅最大。