螺栓接头非线性模型及其波能耗散

建立了在高频情况下一维构件的波传播模型 ,针对工程中常见的螺栓连接梁结构 ,讨论了波在其中传播的特性及能量耗散问题 ,提出了一种简化的非线性接头模型。分析与实验结果表明 :这种非线性模型更能接近实际。波通过梁的螺栓连接时 ,存在着能量耗散 ,螺栓松紧程度对能量耗散有较大的影响。在共振频率处 ,连接部分发生较大的折射。

盾构隧道复合管片环向直螺栓接头抗弯性能的影响因素研究

基于现有地铁盾构隧道衬砌结构建立了复合管片及环向直螺栓接头的三维精细化数值模型,采用有限元对地铁盾构隧道复合管片直螺栓接头的力学性能进行了数值模拟计算。针对复合管片的直螺栓接头,分别研究了螺栓预紧力、复合管片钢壳厚度、荷载组合等对张开量和抗弯性能的影响,探讨了管片及接头的应力分布,并进一步总结了各因素对直螺栓接头抗弯性能的影响,为确定复合管片环向直螺栓接头的抗弯刚度提供了新的参考。数值计算结果表明:复合管片直螺栓接头的抗弯刚度随着外荷载的变化而变化,并表现出明显的非线性;相同的荷载条件下,复合管片钢壳越厚,螺栓应力越低,接头张开量越小;采用不同等级螺栓时,接头弯矩值较低时管片接头张开量差别较小,弯矩值较高时螺栓接头抗弯刚度与螺栓等级呈现出较大的相关性,即螺栓等级越高,接头张开量越小。

预紧螺栓接头变形与应力的二维有限元分析

建立了预紧螺栓接头的二维轴对称有限元模型,通过有限元计算,给出了承受轴向外力时预紧螺栓接头的轴向力与轴向变形之间的关系、螺栓中轴向力的变化与轴向外力之间的关系,分析了引起预紧螺栓接头中轴向变形随轴向外力非线性变化的原因,同时分析了预紧螺栓接头的相对刚度随轴向外力的变化情况。这些研究为进行预紧螺栓接头的更精确设计提供了理论思路。

基于3D有限元模拟的螺栓接头内力-外力关系及在设计中的应用

考虑螺纹的三维螺旋线形几何特征和各组件结合面之间的摩擦接触，利用MSC．Marc软件建立螺纹螺栓一被连接件组合结构（接头）的三维接触有限元模型，然后对模型进行加载计算，得到接头变形和内力的关系，以及接头中的内力与所受外力之间的关系，如图1所示。图中，a2表示残余预紧力与轴向外力之比，啦表示最大等效应力与预紧时的最大等效应力之比，a1表示轴向外力与预紧力之比。

组合桥面板U肋螺栓接头疲劳受力性能

针对组合桥面板受力特点,采用一种宽口U肋,设计制作了1个足尺试件,通过疲劳加载试验检验U肋螺栓接头的受力性能,并通过有限元模型对接头受力进行了分析。试验结果显示,开裂源于母板栓孔边缘并最终裂透至手孔。有限元分析表明,母板的头排栓孔附近,距孔边缘约1/3孔径处应力集中明显,集中系数约为2.5;手孔形状、拼接板厚度及栓孔大小对母板栓孔应力集中影响很小;相较8 mm厚U肋的组合板或常规钢桥面板,该组合板的接头母板栓孔受力要大许多,但其疲劳强度也满足规范要求。

组合桥面板球扁钢加劲肋螺栓接头力学性能

为了研究组合桥面板中球扁钢加劲肋的高强螺栓接头的力学性能,设计制作了2个采用双面对称拼接板螺栓接头的组合板试件,通过疲劳和静力加载试验测试了螺栓接头的受力性能,并采用有限元模型对接头进行受力分析。试验及有限元结果表明:该种螺栓接头抗疲劳性能良好,正常使用状态下螺栓拼板连接效果受试验疲劳加载的影响很小;受球扁钢非对称截面特点的影响,螺栓拼板接头呈非对称弯曲,球头一侧的拼接板中间底部受力可比基于平面弯曲计算的应力值高出55%,值得在设计接头时注意;组合桥面板螺栓接头处截面的极限承载力由混凝土压溃控制,螺栓出现滑动后的承载力尚有相当的富余。

公路隧道二衬钢筋装配化螺栓的接头设计

针对公路隧道二衬钢筋现场焊接、绑扎效率低、质量控制难度大的弊端,基于直线型混凝土软化本构模型及钢筋应力应变关系,推导得到钢筋混凝土衬砌截面的极限承载力计算式.结合螺栓连接面极限承载力,以应力分布系数作为控制因素,将轴心压缩状态、大小偏心分界点以及纯弯状态时的最危险截面作为特征截面,控制钢筋混凝土截面极限承载力以及螺栓连接面极限承载力在特征截面处的大小,得到连接面处螺栓的设计方法 .选取某隧道隧址围岩参数及其断面尺寸、支护参数,运用得到的螺栓设计方法进行螺栓选型并设计连接面处的螺栓分布,给出钢筋预制节段的划分方案,通过数值模拟验证了二衬钢筋装配化螺栓的接头设计的合理性.研究结果表明:钢筋骨架采用螺栓装配化预制连接后,二衬结构的应力进行了重分布,应力与变形的增长速率放缓,并逐渐稳定.最终,左拱肩和左拱脚处的应力分别降低58%和53%,位移量同样有不同程度的降低;在拱底螺栓连接面,应力相较提高,但由于螺栓的高承载性能,隆起量反而有所降低,充分发挥了螺栓的性能,实现了结构优化.

真空腔体的螺栓法兰接头自动预紧工艺仿真

螺栓法兰接头密封的优劣直接决定了真空腔体的真空漏率的好坏。利用ANSYS Workbench仿真分析了密封圈的压缩回弹过程,获得了密封圈在受力方向上的形变与应力的数据,进而模拟分析了螺栓法兰接头对角螺栓同步8级预紧的过程,并对其预紧工艺进行了优化。仿真结果显示:在弹性变形阶段,密封圈的形变与应力之间显现线性关系;在塑性变形阶段,两者之间的关系显现非线性;在弹性回复阶段,随着密封圈形变的减小,应力先降低后升高,展现出一定的非线性特征。8级预紧工艺中前4级采用顺序预紧、后4级采用顺序与间隔交替预紧得出的螺栓残余预紧力一致性最高;在第8级预紧过程中应用变载荷能显著提高螺栓残余预紧力的一致性,从而提升了螺栓法兰接头的密封效果。

煤化工装置法兰接头密封泄漏评估管理系统研发

煤化工装置中螺栓法兰接头的泄漏问题一直是安全和环保管理的关键挑战。为解决此问题,文中设计并开发了涵盖了数据收集管理、密封泄露检测及修复、LEC泄漏风险评估及统计分析等功能的评估管理系统。通过该系统,可以实时监测密封泄漏、进行数据分析评估,并采用LEC评价法进行风险评估。系统业务模块面向不同管理层级的需求,有助于提高煤化工装置法兰接头密封泄漏评估管理的科学性和效率。系统致力于提高装置的密封性能、降低泄漏风险、合理配置检维修资源,从而实现装置的长周期运行。

盾构隧道斜螺栓接头受力性能与火灾下温度分布规律

利用有限元计算软件ABAQUS建立了环向复合管片与环向斜螺栓接头的三维实体模型;考虑复合管片材料的非线性,采用弹塑性本构模型,分析了环向斜螺栓接头在常温下的力学特性;根据HC升温曲线,分析了接头模型的传热特性,研究了复合管片衬砌和环向斜螺栓接头在火灾下的温度分布规律。分析结果表明:采用高强螺栓能够有效减小接头张开量,增大接头刚度;在采用高强螺栓的情况下,斜螺栓最大轴应力易在初始阶段达到屈服,屈服后接头弯矩和轴力的增大对斜螺栓的应力影响并不大,但对斜螺栓变形影响较大,当接头负弯矩从7kN·m增加到122kN·m,接头轴力从368kN增加到734kN时,斜螺栓最大应变增加1.6倍,当接头正弯矩从53kN·m增加到182kN·m,接头轴力从903kN增加到1 056kN时,斜螺栓最大应变增加5.9倍;常温下接缝附近斜螺栓的轴应力呈现反对称分布,除接缝外其他部位斜螺栓的轴应力基本相等,约为400MPa,接缝处轴应力绝对值最大值可达700MPa;火灾情况下手孔处温度上升最快且达到的温度最高,80min时即可达到1 000℃,接缝处混凝土在100min后达到稳定温度,螺母处混凝土在150min后达到稳定温度,稳定温度均为1 000℃左右。

天津滨海Z2号线盾构隧道接头螺栓比选及抗弯刚度研究

针对不同形式螺栓接头,充分考虑复杂接缝间的不连续性及接头预紧力,以天津滨海Z2号线盾构隧道管片纵缝为研究对象,分析比较了直螺栓、斜螺栓和弯螺栓三种接头在不同弯矩和轴力条件下对管片接缝力学性能的影响。根据分析结果给出了三种螺栓接头的适用性,以及三种螺栓接头在不同埋深、弯矩作用下的抗弯刚度建议值。研究结果表明:螺栓形式对螺栓最大受力位置影响很小;螺栓拉应力和接缝张开量随轴力的增大而减小,但接头抗弯刚度均随之增大;螺栓拉应力、接缝错台量和张开量随弯矩的提升而增大,但接头抗弯刚度随之减小。

斜螺栓等级对盾构隧道接头受力和变形的影响

盾构隧道管片接头的性能对衬砌环的受力和变形有很大影响,尤其在软土地区,接头变形过大会造成渗水和漏泥等危害。以盾构隧道复合管片斜螺栓接头为研究对象,基于实际隧道工程,利用ABAQUS建立了复合管片及斜螺栓的三维实体模型,对管片环向斜螺栓接头在荷载作用下的受力及变形规律进行研究,分析不同等级普通螺栓和高强螺栓对接头错台量和张开量以及斜螺栓应力应变的影响。分析结果表明:斜螺栓接头承受正弯矩的能力优于负弯矩;采用高强螺栓能够有效的减小接头张开量,增大接头刚度,从而减小渗漏现象;弯矩较大时,螺栓等级越高,高强螺栓对错台量的控制越好;同样荷载条件下,高强螺栓应力大于普通螺栓,但应变较小,等级越高应变越小。

大直径盾构隧道管片纵缝三斜螺栓接头力学特性研究

基于精细化数值模型研究大直径盾构隧道管片纵缝三斜螺栓接头在不同轴压下的力学特性,揭示了接头裂缝分布情况、接头竖向位移、张开量、转角和抗弯刚度等参数随接头弯矩的变化规律。结果表明:在正弯矩的作用下,管片裂缝分布有受压裂缝、内缘手孔处沿宽度贯通拉裂缝、接缝面螺栓孔的拉裂缝以及侧边的斜裂缝,而受压裂缝和接缝面螺栓孔处的拉裂缝也存在于负弯矩作用下的模型;管片出现两条沿宽度方向贯通裂缝的现象,对应接头竖向位移、混凝土压应变和接头张开量3个力学特性曲线的拐点,曲线随弯矩增加由近似线性变化转为非线性剧变,混凝土出现压溃时接头转角变为非线性变化,轴力的增加会延迟裂缝贯通现象的出现;螺栓应力随接头弯矩呈线性增长阶段、非线性增长阶段和屈服阶段;螺栓应力增长速率受弯矩和轴力的影响,接头抗弯刚度初始无明显变化,随后呈非线性下降,轴力越大接头抗弯刚度越大。

复合材料连续损伤力学模型在螺栓接头渐进失效预测中的应用

提出考虑层合板面内(纤维和基体失效)和层间失效的复合材料连续损伤力学模型,对螺栓接头的渐进失效行为进行预测。基于Tsai-Wu强度准则,发展可以判定复合材料面内和层间失效的强度准则。采用幂指数衰减材料退化模型模拟复合材料的损伤扩展过程。建立连续损伤力学模型用以研究0°铺层比例和螺栓直径对复合材料螺栓接头挤压性能的影响,预测结果与实验结果吻合。结果表明:0°铺层比例过高,接头发生剪切破坏,降低连接结构承载能力;增大螺栓直径,层合板损伤受到抑制,可提高复合材料螺栓接头的挤压强度。

高性能耐火钢高强度螺栓接头高温受剪性能试验研究

为促进高性能耐火钢材设计理论发展与工程应用,对采用不同型号高强度螺栓的10个高强度螺栓连接接头进行了不同温度条件下的受剪试验,其中包含4个采用普通高强度螺栓的连接接头以及6个采用BFRW10耐火高强度螺栓的连接接头,连接板均采用WGJ高性能耐火钢。试验研究了常温下螺栓接头的摩擦面抗滑移系数、不同温度下螺栓接头的荷载-位移关系、荷载折减系数及其破坏形式。研究结果表明:随着温度的升高,螺栓接头的破坏形式由孔壁承压破坏转向螺杆剪切破坏;在不同温度条件下,采用耐火高强度螺栓可显著提高螺栓连接接头的高温极限荷载。根据极限荷载试验结果,与欧洲规范EC3中螺栓接头高温设计方法及采用折减材料强度计算方法的计算结果进行了对比,表明现有规范方法应用于此类耐火高强度螺栓接头的设计偏于保守,同时给出了建立该类螺栓接头整体高温折减系数的设计建议。

螺栓法兰接头安全密封技术(二)——基于控制泄漏率的垫片应力及其试验方法

建立以控制泄漏率为目标的法兰设计方法,以及相应的垫片系数和试验方法成为密封设计和研究的主要方向。在介绍和比较ASME、PVRC、EN和JIS垫片系数和试验方法的基础上,分析了垫片应力、垫片系数和密封准则的相互关系,从而为确定基于容许泄漏率的目标垫片应力提供计算依据。

螺栓法兰接头安全密封技术(一)——安装螺栓载荷

安装螺栓载荷不足和安装不当是引起螺栓法兰接头泄漏的主要原因,结合螺栓载荷和垫片应力的相关定义,针对目前在安装螺栓载荷上的一些认识问题进行分析和探讨,以引起工程设计和现场安装人员的重视,为安全密封提供应用参考。

基于金属与金属接触型螺栓法兰接头的垫片应力分析

建立了三维参数化弹塑性有限元模型,对DN600 CLASS300金属与金属接触型(MMC)螺栓法兰接头进行了结构以及热-结构耦合分析,研究了预紧力、内压、温度、螺栓和法兰蠕变对垫片应力的影响。结果表明,当法兰密封面与垫片外环接触后,垫片平均应力基本不变,内压对垫片应力影响较小,垫片应力随温度升高而减小,螺栓和法兰蠕变过程中,垫片应力先增大后减小。

复合材料螺栓连接接头渐进损伤分析研究进展

针对复合材料结构连接问题,系统地介绍了静拉伸作用下复合材料连接接头渐进损伤分析研究进展,主要从渐进损伤分析方法的3个关键分析步骤:应力分析、失效模式分析和材料属性退化分析方面进行了详细阐述,形成一种公认的能够有效、准确预测复合材料连接接头失效行为的方法。

扭矩对钢轨接头螺栓疲劳寿命的影响分析

钢轨接头螺栓的疲劳失效与断裂使铁路运输的可靠性、安全性下降,是阻碍高速铁路发展的重要因素.因此,研究钢轨螺栓的疲劳性能具有重要的现实意义.首先通过预紧力矩与预紧力的转换公式,把预加载的螺栓力矩转换成预紧力,研究了在不同预紧扭矩作用下,预紧扭矩对钢轨接头螺栓疲劳失效特性的影响;其次通过理论计算,选择出最佳螺栓扭矩.最后在钢轨接头螺栓的三维实体模型基础上,施加已计算出的最佳预紧扭矩,用ANSYS Workbench疲劳分析模块对螺栓进行疲劳寿命估算.以上研究都说明钢轨接头螺栓最大的变形发生在螺母与钢轨夹板接触处的第一圈螺纹牙处.