Finite element and experimental analyses of cylindrical hole flanging in incremental forming

The influence of the size of pre-cut hole of blank on the formability of cylindrical hole flanging in single point incremental forming（SPIF） was studied. The flange is produced in four stages starting from 45° to 90° and employing aluminum as the test material. It is shown that the hole size has significant effects on the stress/strain distribution on the cylindrical flange. The magnitude of hoop strains increases and the flange thickness increases as the hole size increases. Likewise, the von Mises stress reduces with the increasing of hole size. Further, there is a threshold value of hole size（i.e., 80 mm） below which severe stresses occur, which lead to sheet fracturing thus failing the successful forming of cylindrical flange. Moreover, the formability reduces as the hole size is increased above the threshold size. Finally, it is concluded that 80 mm is the threshold size of hole for maximizing the formability of aluminum sheet in incremental hole flanging.

添加阻热环的熔盐堆用冷冻法兰的结构优化与评价

针对熔盐堆用冷冻法兰使用时中心孔处应力较大、易出现裂纹等问题,提出在法兰内部嵌入阻热环的结构优化方案(阻热环由纯镍包覆,内部填充导热系数很低的气凝胶),以期降低法兰的温度梯度从而降低应力。探究法兰颈部厚度对法兰密封处温度和最大应力的影响,以及拉伸方向(法兰接管方向和径向)对法兰最大应力的影响,以期在降低法兰应力的基础上降低法兰的质量和尺寸。采用有限元法计算法兰的温度、应力及蠕变疲劳损伤。结果表明:法兰内置阻热环可降低温度梯度,进而降低法兰应力;法兰密封处的温度和应力随法兰颈部厚度的减小而降低;沿接管方向拉伸法兰可降低法兰最大应力。最终优化方案中法兰的质量、尺寸大幅下降,减重效果明显,满足ASME NH高温评定要求。

常减压装置高温热油管道的应力分析及优化设计

为了确保管道布置和法兰连接的可靠性和安全性,高温管道的应力分析十分必要。利用CAESAR II软件对常减压装置的高温热油管道进行了一次应力和二次应力校核。分析了各节点的热态位移、约束力和力矩等关键数据。采用L型和Z型自然补偿方案,合理规划了管道布置,优化了支吊架设计。进一步采用Kellogg当量压力法校核了热油泵和常压塔设备管嘴与管道之间法兰连接的可靠性,最终确保了该热油管道的安全、长周期运行。

特高压套管悬挂器不同线型凸缘面密封性能分析与优化设计

针对油田井口密封装置圆形凸缘面存在的密封宽度窄、使用寿命短的问题,设计圆形、椭圆、锥面凸缘线型,并开展不同线型凸缘面的密封性能和使用寿命研究。研究表明,在相同结构尺寸、激发载荷条件下,锥面的密封宽度、结构寿命远远优于圆形、椭圆面,但较长的接触宽度导致锥面接触应力无法满足工况需求。建立以锥形密封环为优化对象的分析模型,通过单因素分析确定各结构参数的灵敏度和取值范围,以上下密封面接触应力为优化目标,得到显著因子与接触应力的一阶、二阶响应模型。优化后的接触应力达到密封要求且分别提高21.7%、8.2%,最大方差仅为曲面的30%,能获得可靠的结构寿命。

EO/EG装置塔进料线法兰裂纹分析

某石化企业的EO/EG装置乙二醇脱水塔进料线法兰发生断裂失效,为了确定其失效原因,对其进行了宏观观察,并对法兰取样进行宏观观察、硬度试验、化学成分分析、力学性能分析、金相实验、扫描电镜和能谱分析等表征手段。结果表明:该EO/EG装置法兰裂纹为氯化物应力腐蚀疲劳裂纹,裂纹首先启裂于法兰内壁面加工刀痕、打磨凹痕和焊疤等应力集中部位,并在交变载荷和氯化物应力腐蚀开裂的作用下向外壁扩展,直至穿透泄漏。为此应加强制造和安装质量控制,并控制介质中氯离子含量,以保障法兰的安全运行。

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。

风电机组塔筒法兰间隙填充修复技术研究及应用

塔筒是风电机组的重要支撑构件,其服役状态对风电机组的安全可靠运行意义重大。通过试验方式探讨法兰间隙对风电塔筒局部力学结构-塔筒法兰、母材钢板本体的潜在影响。使用钢制垫片填充的方式,减小塔筒间隙对塔筒受力性能的影响,并验证其效果。现场采用钢制垫片填充的方式对法兰间隙进行填充修复。在间隙修复前后,使用应力检测手段对塔筒的应力状态进行检测。通过对比修复前后的应力状态变化,定量分析法兰间隙对塔筒本体的影响。在进行钢制垫片填充后,法兰间隙得到了有效修复。通过应力检测,发现修复后的塔筒应力状态明显改善,受力不均现象得到显著缓解。定量分析显示,填充修复后,塔筒的受力性能得到了显著提高。兰间隙的存在确实会对塔筒的受力性能产生不良影响,但通过钢制垫片填充的方式可以有效修复间隙,并改善塔筒的受力状态。采用钢制垫片填充的方法可以显著改善塔筒受力不均的现象,从而提高风电机组的安全性和稳定性。

卡箍法兰的热应力耦合分析

复杂环境下卡箍法兰系统工作的稳定性和安全性是研究过程中至关重要的一个环节,为研究高温高压对卡箍法兰性能的影响,该文采用SolidWorks软件建立物理模型,基于ANSYS Workbench软件分析热应力耦合对结构的影响。研究结果表明,(1)卡箍孔板法兰的内壁面温度最高,且由内而外,温度逐渐减低,最低温度位于螺柱上。(2)卡箍孔板法兰整体最大应力位于球面螺母与卡箍的接触面上,为739.73 Mpa。密封环上的唇部应力大于密封比压,符合密封环的密封性能的要求。(3)密封环的线性等效应力模拟结果对比许用应力准则,强度满足安全要求,不会发生塑性垮塌。

高层建筑暖通空调管道支撑布置优化设计研究

为了优化高层建筑暖通空调管道支撑结构,文中建立高压管道虚拟仿真模型,分析法兰安装位置对管道位移角以及挠度的影响规律,并分析水平弯头角度对管道综合应力和轴向应力的影响。结果表明,法兰位置越靠近端点,管道各处的挠度及位移角越小,当到达近端点时,管道的挠度达到最低。随着弯曲角度的增加,管道一次应力百分比表现为近似线性降低的变化规律,斜率为0.019%;管道温度为5、20、35℃时的弯头轴向应力,随着弯曲角度的增加,分别表现为先下降后稳定及先增加后稳定的规律;安装态(20℃)条件下,弯头的轴向应力不随弯曲角度的变化而变化,一直稳定在38MPa以下,比其他两种温度的稳定应力高了21%。

基于ANSYS的发夹式换热器尾部结构的设计计算

文章以发夹式换热器尾部法兰及端盖部件为研究对象,结合有限元分析方法,研究了异形配对法兰的强度、螺栓载荷的简化办法以及密封垫片的选择。详细介绍了尾部结构的有限元分析步骤及基于ASME Ⅷ-2的评价过程,并描述了螺栓的简化办法以及垫片的影响。梁单元等效螺栓模型可以得到较为保守的分析结果,有助于提高运算速度。实体螺栓模型可以更好地显示应力分布并反映不同位置螺栓应力的差异。合理选择垫片对于密封效果以及法兰的受力都至关重要。文章旨在为发夹式换热器尾部法兰及端盖部件的设计及分析评价提供参考。

非标法兰设计过程中紧固件设计载荷的研究

非标法兰按照GB/T 150.3或ASME VIII-2卷中的Talor-Waters法进行强度和刚度计算校核时,紧固件的选型是影响校核结果的关键因素之一。本文分析了螺栓对法兰计算校核结果的影响,并借鉴ASME PCC-1中介绍的螺栓目标应力的计算方法,提出了一种兼顾紧固件强度、法兰强度、法兰刚度和垫片比压等条件的控制紧固件目标应力的法兰接头计算校核方法。该方法通过控制紧固件的目标应力调整法兰在预紧状态下所承受的力矩,避免因紧固件预紧力不受控而导致的法兰密封失效,同时可为法兰安装时确定紧固件的拧紧力矩提供参考。

法兰型支柱受力横卧式综合检测方法

目前法兰型支柱采用的受力检测试验方法已不适应行业高质量发展的需求,为使法兰型支柱受力检测试验方法更精准、便捷、高效、安全并与自动化、信息化及互联网+有效结合,本文结合软件仿真、电子信息及互联网技术,提出了一种法兰型支柱横卧式综合检测方法。该方法经理论研究、实际测试,能有效满足测量所需,实现本质安全。

锥形冲头翻边变形应力场的数值仿真

利用ABAQUS商用软件,对锥形冲头翻边变形过程的等效应力场进行了数值仿真,并与柱形冲头的翻边变形仿真进行了对比。验证了一般规律,也发现了新规律,即两者的应力场形状相同,底部圆角处等效应力在变形第1阶段最大,孔口边缘处等效应力最大出现在变形第3阶段,第4阶段(变形终了时)锥形冲头翻边的等效应力比柱形冲头翻边时下降更大。为锥形、球形、抛物线形冲头的翻边能减少翻边力、降低极限翻边系数的实践与理论认识,提供了一种解释与定量数据。

盒形件拉深过程中法兰区应力解析

为定量研究盒形件成形的理论 ,根据盒形件拉深变形的特点 ,在假设法兰圆角区剪应力零线上质点的变形规律与四转角组成的轴对称拉深件相同的前提下 ,得到了盒形件法兰变形区定量应力解析解 .通过对一盒形拉深件具体实例计算分析表明 ,理论解析与有限元模拟结果吻合较好 。

10MW高温气冷堆压力容器主法兰结构的有限元接触分析

10MW高温气冷堆(HTR- 10)压力容器主法兰是HTR-10的关键结构部件，对 HTR- 10的正常运行起着重要作用。 HTR- 10压力容器主法兰采用主螺栓进行联接，采用一道金属“ O”形环和一道“Ω”环进行密封。该研究课题对此主法兰结构进行了弹塑性接触计算，利用有限元分步加载技术模拟了主螺栓预紧以及加压过程中主法兰的应力和位移情况。计算采用二维轴对称结构模型和 MSC MARC 2000有限元程序。结果表明，无论是预紧状态还是设计压力状态， HTR- 10主法兰能满足强度要求，“ O”形环和“Ω”环也都能满足密封要求。

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。

基于有限元的法兰接头强度特性分析

法兰连接具有较高的强度和密封性,被广泛地用于石油化工设备和管道中。依据有限元原理,建立了由法兰、垫片和螺栓组成的连接有限元模型,并在有限元软件中对法兰的应力、应变进行了分析,研究了螺栓预紧力、介质压力对法兰应力、应变和密封性能的影响。分析结果表明,螺栓的预紧力越大,法兰的Von Mises应力、接触应力和变形量就越大;当螺栓预紧力大于140 kN时,法兰盘的螺栓孔附近发生塑性变形;预紧状态下的法兰面接触应力大于工作中的接触应力;介质压力越大,法兰的Von Mises应力值越大,法兰面上的接触应力越小。

锥状凸模圆孔翻边的应力应变分析

针对用锥状凸模进行圆孔翻边的特点 ,应用全量理论 ,导出了计算其变形区内各点应力应变的解析式 。

高温下螺栓-法兰-垫片系统密封性能研究

温度和内压载荷对螺栓法兰连接的密封性能有着显著的影响。采用有限元技术,对DN100mm,PN40 MPa的管法兰连接进行了热及结构分析,探讨了高温稳态工况下法兰、垫片和螺栓的温度分布,分析了预紧、加压和升温后的螺栓以及垫片的应力变化。结果表明,法兰、螺栓以及垫片沿径向存在温度梯度;内压作用后垫片应力明显降低;升温后垫片外侧应力减小,内侧应力增大;加压及升温后螺栓应力均增大。

法兰联接强度和密封性能的有限元分析

针对由法兰、垫片和螺栓组成的密封联接系统,应用有限元ANSYS软件,分别建立预紧、操作工况下DN200及DN450两组管道法兰数值计算模型,并得到了其模拟的应力分布。依据ANSYS计算结果,按照JB4732分析设计标准对法兰及螺栓应力进行分类、强度评定;以垫片应力和法兰转角两个方面进行密封性能评定。最后通过对比分析得出影响法兰密封性能的重要因素。