Transient out-of-plane distortion of multi-pass fillet welded tube to pipe T-joints

The out-of-plane distortion induced in a multi-pass circumferential fillet welding of tube to pipe under different weld sequences and directions was studied using Finite Element Method(FEM) based Sysweld software and verified experimentally. The FEM analyses consisted of thermal and mechanical analyses.Thermal analysis was validated with experimental transient temperature measurements. In the mechanical analysis, three different weld sequences and directions were considered to understand the mechanism of out-of-plane distortion in the tube to pipe T-joints. It was learnt that the welding direction plays a major role in minimizing the out-of-plane distortion. Further, during circumferential fillet welding of the tube to pipe component, the out-of-plane distortion generated in the x direction was primarily influenced by heat input due to the start and stop points, whereas the distortion in the z direction was influenced by time lag and welding direction. The FEM predicted distortion was compared with experimental measurements and the mechanism of out-of-plane distortion was confirmed.

知识-数据驱动的沉管隧道接头安全状态分析方法——以港珠澳大桥海底沉管隧道为例

为解决沉管隧道接头安全状态不断变化且难以直接感知的技术难点,以港珠澳大桥海底沉管隧道为工程背景,通过分析既有监测数据,总结管节接头的变形模式,揭示管节接头张合量与结构温度的强相关性,明确潮位变化对接头剪切变形的显著影响。在此基础上提出一种基于知识-数据驱动的沉管隧道接头变形快速推演方法,通过建立沉管隧道精细化有限元模型,开展海量典型变形模式下的沉管隧道结构力学行为分析,构建沉管隧道变形服役行为数据集;利用BP神经网络,建立基于仿真接头服役行为特征的沉管隧道接头全断面变形推演模型,实现基于有限实测数据的接头全断面变形快速重构。该方法在港珠澳大桥海底沉管隧道的现场管养中得到成功应用。以2023年台风“苏拉”为例,基于台风登陆过程中接头的局部位移实测数据,推演接头剪力键及止水带关键点位处管节接头的变形情况。结果表明,该沉管隧道接头系统整体受台风影响较小。

开槽侧板加强型连接梁柱节点子结构抗连续倒塌性能研究

为了优化侧板加强型节点的抗连续倒塌性能,提出了一种开槽侧板加强型梁柱连接节点形式。通过静力加载试验,得到了新型节点子结构的破坏模式、竖向抗力发展机制、应变分布、延性水平和动力承载力等。试验结果表明:钢梁翼缘在盖板附近首先开裂并向腹板外排螺栓中部延伸贯穿,导致竖向承载力快速下降为峰值荷载的20%左右。相比传统侧板加强型和圆弧扩盖板型梁柱节点,新型节点的峰值承载力分别提高了62.1%和19.6%,塑性弦转角分别提高了203.6%和25.8%。通过有限元分析得到了试件的断裂路径发展过程,进一步地通过参数化分析发现:扩大过焊孔构造对改善峰值后塑性弦转角及残余强度提升无明显作用;随着螺栓群远离钢梁翼缘起始断裂位置,最小残余强度比不断增大,但峰值后塑性弦转角呈先增大后减小的趋势;当螺栓群内移45mm时,峰值后塑性弦转角及最小残余强度比分别达到0.149rad和0.88,提高了38.2%和200.8%。

CT70低合金高强度油管用钢激光焊接接头残余应力有限元模拟

针对CT70级连续管用钢激光焊焊接接头,考虑试板、焊缝、热源的轴对称性,应用有限元软件建立了1/2轴对称有限元分析模型,对激光焊接接头的温度场、变形场与应力场进行了模拟分析。结果表明,有限元模拟焊缝尺寸与实际基本一致;残余应力主要集中在焊缝周围,在远离焊缝区域残余应力逐渐减小,且焊缝中心为拉应力;变形在焊缝周围最大,距离焊缝越远变形越小。将有限元模拟结果与实际测试结果对比,激光焊焊缝中心为拉应力,与有限元计算结果相同。

钢管混凝土柱-钢梁连接节点形式与研究进展

钢管混凝土结构体系中,梁柱节点的受力状态复杂,是结构体系中的关键连接部位,对结构的承载力、刚度以及稳定性能均有重要影响。对国内外钢管混凝土柱-钢梁连接节点的相关研究进行了全面的综述,总结了内加强型连接节点、外加强型连接节点、贯通式连接节点、螺栓连接节点等各类钢管混凝土柱-钢梁连接节点形式的特点和已有研究,从承载力、刚度、破坏模式、抗震性能、设计方法等方面对各类连接节点的优势和存在的问题进行了分析和归纳。旨在为钢管混凝土柱-钢梁连接节点的相关研究提供参考,促进钢管混凝土柱结构体系的研究和工程应用。

基于循环孔洞扩张模型的X型圆管节点超低周疲劳寿命预测

海洋工程钢结构在服役过程中,受风、浪、流或地震等极端循环载荷的影响,易发生超低周疲劳断裂破坏,造成人员伤亡及财产损失,因此超低周疲劳断裂分析及寿命预测对于海工结构安全性评估至关重要。然而,现阶段基于累积损伤理论提出的多种超低周疲劳寿命预测模型无法对多尺度节点实现统一预测,造成了实际工程应用的不便。因此文中基于循环孔洞扩张模型开展X型圆管节点超低周疲劳寿命预测。首先,开发了基于循环孔洞扩张模型的VUSDFLD程序,实现ABAQUS与FORTRAN子程序联合应用,利用有限元分析验证循环孔洞扩张模型在X型圆管节点超低周疲劳断裂分析中的有效性;其次,根据多组X型圆管节点超低周疲劳断裂有限元分析结果,在宏观层面提出了一种基于Manson-Coffin公式的超低周疲劳寿命预测公式;最后,依据Miner理论,将适用于等幅加载的超低周疲劳寿命公式扩展至变幅加载情况,验证了多种节点尺寸下超低周疲劳公式的适用性,为工程应用提供了理论依据。

深中通道最终接头临时锁定装置设计

深中通道沉管隧道部分的整体预制水下推出式最终接头为世界范围内首次应用。为减少水下操作,浮运前最终接头需根据E22、E24管节安放后的轴线偏差调整其在扩大段内的相对位置后再锁固于扩大段内。受工期影响,钢壳及锁定装置需在E22、E24管节轴线偏差测量前完成制造,钢结构焊接、最终接头及扩大段钢壳注浆、最终接头推退试验均会对锁定装置的安装精度有一定影响,进而影响最终接头的锁固。为满足施工需求,对可适应横向±5cm、纵向±1 cm、垂向±1 cm三向对接偏差的临时锁定装置进行了设计研究。该锁定装置在深中通道最终接头浮运阶段得到了成功应用,有效节约了沉管安装窗口期时间。该临时锁定装置可为类似工装设备的设计提供借鉴和参考。

深中通道最终接头推出段支撑滑轨研究及应用

深中通道沉管隧道部分的整体预制水下推出式最终接头为世界范围内首次应用,最终接头推出段将通过布置在最终接头扩大段内的支撑滑轨实现水下推出完成沉管隧道合龙。该滑轨作为始终与最终接头推出段接触的辅助安装设施,它的使用效果直接影响最终接头推出段能否成功实施。为此,创新研发了一种分段式超高平整度低摩擦系数最终接头推出段支撑滑轨,解决了常规滑轨方案在承受复杂可变荷载时适应性差、滑轨结构不能有效固定滑轨顶部滑板、滑轨钢结构表面平整度不足及整体调平困难等设计及工艺难题。通过物理模型试验验证了滑轨在各个施工阶段的可靠性,最终该滑轨在最终接头推出段水下推出阶段得到了成功应用,为整体预制水下推出式最终接头推出段的首次成功实施提供了有力保障。该滑轨结构可为类似大型结构出运工程提供借鉴和参考。

新型开洞圆钢管混凝土柱-混凝土梁连接节点受力性能研究

传统的钢-混凝土混合结构的圆钢管混凝土柱-混凝土梁连接节点存在钢筋交错、纵横向需与钢构件避让或开孔等情况,节点构造复杂,施工难度较大,连接节点成为钢-混凝土混合结构的设计及施工难点。对此提出了新型开洞圆钢管混凝土柱-混凝土梁连接节点,并结合近年来采用钢-混凝土混合结构的项目经验,对该类节点进行有限元分析,研究了柱顶轴压力和柱端水平力对节点各部分构件受力性能的影响,结果表明,柱顶轴压力的变化显著影响了圆钢管混凝土柱钢管开洞位置各构件的应力,且偏心力对圆钢管混凝土柱承载力有一定的折减。最后考虑到钢管壁开洞对圆钢管混凝土柱存在一定程度的削弱,采用了四种加强措施,分析了四种加强措施下钢管荷载-应力曲线,结果表明,开洞位置钢管壁加厚效果最为显著,设置内环板对缓解应力集中效应也有一定的效果,设置竖向断开加劲肋与设置竖向连续加劲肋荷载-应力曲线基本一致,考虑到设置竖向断开加劲肋所需钢材更少,认为设置竖向断开加劲肋具有较为显著的优越性。

钢管混凝土叠合柱-H型钢梁外套筒式连接节点抗震性能试验与有限元研究

以钢管混凝土叠合柱为研究对象,设计了一种高强对穿螺栓连接的外套筒式梁柱节点。为了研究该新型节点的抗震性能和破坏机理,对3个缩尺比为1∶2的节点进行了拟静力试验。观察节点损伤过程及破坏模式,分析了梁端荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、节点延性及耗能能力,采用ABAQUS软件建立有限元模型,研究套筒宽厚比和加强肋板厚度对节点抗震性能影响。试验及有限元研究结果表明:节点滞回曲线饱满,延性系数介于3.13~4.19之间,等效黏滞阻尼系数介于0.211~0.296之间,节点域的变形较大且耗能能力较强;随着套筒厚度增大,核心区混凝土开裂减少,破坏位置由节点外移至梁端截面;减小套筒宽厚比和增大加强肋板厚度可以有效提高节点刚度。为保证外套筒式节点达到刚性节点要求,建议套筒宽厚比不大于25,加强肋板厚度不小于梁翼缘厚度。

基于内聚力模型的气波机振荡管304对接钎焊接头拉伸强度研究

气波机核心部件振荡管采用钎焊连接,钎焊接头拉伸性能对气波机结构强度具有重要影响。为了对钎焊接头界面裂纹扩展过程进行探究,笔者针对气波机振荡管钎焊结构,制备304对接钎焊接头试样进行拉伸试验,并对拉伸断口进行形貌分析,断口处表现为韧性断裂;基于内聚力模型,开发了VUMAT子程序,进行了有限元模拟分析。模拟断裂载荷为5 039 N,试验值为5 242 N,2者误差为3.9%,验证了模拟的准确性,结果表明内聚力模型可以较好地模拟气波机振荡管钎焊接头的裂纹萌生与扩展过程。在此基础上研究焊缝缺陷对钎焊接头断裂载荷的影响,发现缺陷处内聚力单元损伤速率加快,引起断裂载荷显著下降。

油井管特殊螺纹齿表面应力腐蚀行为仿真研究

随着高温高压高产油田的勘探开发,油井管柱面临越来越恶劣的井筒环境,其螺纹接头腐蚀失效已经成为制约油气田高效开采的主要原因之一。为此,通过COMSOL Multiphysics软件建立了油井管螺纹齿的力学-电化学有限元模型,研究了不同外部载荷下油井管螺纹各个部位的应力分布与腐蚀规律。研究结果表明:油井管螺纹齿各个部位的应力分布大小与其腐蚀程度呈正相关,即接触应力越大,螺纹腐蚀情况越严重;接头螺纹在齿槽与承载面过渡处的应力最为集中,腐蚀情况最为严重,塑性变形会导致阳极腐蚀电流密度急剧增大,造成严重的腐蚀行为。研究结果可为油井管柱接头螺纹腐蚀失效机理研究提供新的思路,也为解决恶劣工况条件下井筒完整性问题提供理论依据和解决途径。

复式钢管混凝土柱-钢梁半穿心节点拉拔性能试验研究

对3种复式钢管混凝土柱-钢梁半穿心节点试件(腹板半穿心节点试件AJ1、腹板-翼缘半穿心试件AJ2和腹板-横隔板半穿心节点试件AJ3)进行了拉拔试验,探讨了节点的破坏形态和拉拔性能。结果表明试件AJ2、AJ3的承载力比试件AJ1分别提高了14.2%和13%,表明内外钢管间设置横向水平半穿心构件有利于改善节点抗拉传力机制并可明显提高其抗拉承载力。为进一步研究半穿心构件对节点拉拔性能的影响,进行了纯钢梁翼缘节点试件AJ1-R、AJ2-R、AJ3-R的拉拔试验。结果表明,3种半穿心节点试件AJ1、AJ2、AJ3的极限荷载较纯翼缘节点试件AJ1-R、AJ2-R、AJ3-R分别提高了60.1%、22.7%、73.8%,初始刚度提高约2倍;半穿心腹板为主要传力构件,保证了节点具有较强的承载能力和抗拉刚度;半穿心翼缘能直接传递梁柱之间拉力,而半穿心横隔板有利于发挥斜向腋板传递拉力的作用,达到与半穿心翼缘相当的承载能力,且能较好地保证核心区混凝土的密实性和节点变形性能。

S22053换热管与管板接头胀接试验研究

为了使双相不锈钢换热管与管板胀接接头获得更好的性能,寻求合适的液压胀力及胀接工艺,分别对φ19 mm×2 mm的S22053管子与相同或不同材质管板接头、管孔开槽或不开槽接头、液压胀接或机械胀接接头进行了试验,对比分析了胀后的拉脱力及管壁与管孔贴合状态。试验结果表明:S22053管子与S22053管板接头需要400 MPa左右的液压胀力才可实现拉脱力达标;S22053管子与Q345R管板接头,不宜采用液压胀,贴胀接头几乎不能承担拉脱力,必须胀接时建议采用机械胀。研究结果可为双相不锈钢换热管与管板接头的胀接连接及胀接工艺提供参考依据。

大规模加砂压裂完井工具冲蚀定量模拟计算及工具优化

须家河致密砂岩气藏120 MPa超高压、长时间大排量加砂压裂作业对管柱冲蚀影响,导致完井管柱出现变形、断裂、球座磨损、分段球不到位等问题。基于冲蚀磨损理论,选择出分段管柱中四处冲蚀严重部位,利用Ansys软件进行建模,采用动静态结合方法,计算得到了大规模加砂压裂施工管柱变径处的冲蚀程度定量值,明确了油管短节与滑套球座为冲蚀严重位置,有针对性地对冲蚀最严重位置进行了结构优化及材质优选。油管变扣短节优选Q125钢级管材可兼顾强度及经济性;改进滑套上接头变径处台阶倒角控制在30°以内,滑套球座顶部优化设计为弧形结构,球座采用硬质合金材质,优化改进后的滑套冲蚀程度比原结构降低66.5%,经川东北须家河组YL15、YL171、YL6等多口井成功应用,优化改进的压裂管柱满足了超高压加砂压裂长时间施工需求。

最终接头超宽超长M止水带安装工艺研究

深中通道采用整体预制水下推出式最终接头新技术。为了满足后焊接工序处于无水环境,推出段及扩大段之间设置“M止水带+充气式止水带”作为后焊段施工期临时止水措施,M止水带是第1道止水措施,也是最重要的一道止水措施。深中通道最终接头M止水带为目前世界最大规格尺寸止水带,安装质量要求高,为此研发使用特殊工装工艺安装的工法,解决了超大、超宽止水带安装难题,确保安装质量。通过深中通道最终接头现场实践,该工艺可在类似工程中参考应用。

制氢转化炉上尾管加强接头频繁开裂原因分析及对策

某炼化企业制氢转化炉2010年升级改造后,不同炉管的加强接头与上尾管焊口位置先后出现了5次开裂,造成制氢装置非计划停工。通过对运行环境、高温氢腐蚀、热膨胀应力、结构应力、异种钢焊接、弹簧支吊架等多方面开展深入分析,发现泄漏的原因主要是加强接头与上尾管连接焊缝局部高应力区发生了应力松弛开裂,同时,工艺参数控制不严格加遽了开裂速度。2021年通过实施炉管材质升级、稳定工艺运行环境、严控施工质量等措施,没有再出现过开裂的情况,彻底消除了炉管运行过程中的安全隐患,保障了设备的本质安全和装置的长周期运行。

海上油田某注水井油管短节腐蚀穿孔原因分析

海上油田某注水井油管短节发生了腐蚀穿孔。通过宏观形貌观察、化学成分分析、硬度测试分析、金相组织分析、腐蚀产物微观形貌观察和成分分析、有限元分析等方法对失效油管短节腐蚀原因进行研究。结果表明,该油管材质符合标准要求,该油管短节内壁发生了CO_(2)腐蚀;由于油管结构规格的变化,该3.5英寸(8.89 cm)腐蚀穿孔油管短节处于4.5英寸(11.43 cm)变扣短节的下端,穿孔管柱内流体流速增大且产生湍流,所以导致油管短节冲刷腐蚀;CO_(2)腐蚀和冲刷腐蚀共同作用是造成油管短节发生穿孔的根本原因。

碗扣式钢管支撑架不同构造形式节点的转动刚度试验研究

为研究碗扣式钢管支撑架不同构造形式节点的转动刚度特性,提出测定支撑架体的角节点、边节点与中间节点转动刚度的试验方案,对应分别插入2根、3根和4根水平杆的节点转动刚度试验。在利用相应扣件式节点试验来验证本方案合理性的基础上,对当地市场随机采购的碗扣式钢管的弹性模量进行测定。采用三折线模型对碗扣式节点的M-θ曲线进行拟合,分析了不同水平杆数量对其转动刚度的影响及其破坏特点。研究结果表明:(1)碗扣式钢管支撑架角节点、边节点的转动刚度分别为中间节点转动刚度的77.93%、92.14%,且均高于规范给出的建议值25 kN·m·rad-1;角节点与边节点的转动刚度相对较弱,对架体整体稳定性的影响不可忽略;(2)当地市场随机采购的碗扣式钢管的弹性模量较新构件有不同程度的下降,最大降幅约为30%;(3)碗扣式节点的破坏先后顺序为水平杆、上碗扣、立杆和下碗扣;节点的破坏发生在水平杆接头处,应对此处加强质量监管。相关结论可为同类半刚性节点的转动刚度确定提供参考。

双向接头型伸缩管连接喉罩在无痛支气管镜检查治疗中的应用

目的探究双向接头型伸缩管连接喉罩在无痛支气管镜检查治疗中的应用价值。方法前瞻性选取2022年1月至2023年5月期间在西电集团医院行纤维支气管镜检查与治疗的80例患者作为研究对象。采用随机数表法将患者分为观察组和对照组各40例,观察组患者采用双向接头型伸缩管连接喉罩麻醉方式,对照组患者采用口腔气道表面喷洒丁卡因麻醉方式。比较两组患者在麻醉前(T0)、进镜前(T1)、支气管镜通过声门部(T2)、检查中(T3)和检查结束(T4)这5个时间点的血压(BP)、血氧饱和度(SpO2)、心率(HR)、血氧分压(PO2)等指标;比较两组患者的镜检时间和检查期间有无体动、中断操作、呛咳等情况以及术后咽喉部疼痛、不能发声、声嘶等不良反应;术后问卷调查患者对操作的满意度以及对内镜医师的麻醉满意度。结果两组患者T1时BP较T0时明显下降,差异有统计学意义(P<0.05);观察组患者SpO2、HR、BP、MAP术中术后各时间点(T2、T3、T4)分别与其术前比较差异均无统计学意义(P>0.05);对照组患者的SpO2在T2明显低于T0、T1、T3、T4,且明显低于观察组,对照组患者的HR、BP、MAP在T2明显高于T0、T1、T3、T4,且各指标明显高于观察组,差异均有统计学意义(P<0.05);观察组患者的术中体动、术中呛咳、中断操作、术后咽喉部疼痛、声嘶、不能发声情况发生率分别为7.50%、7.50%、5.00%、5.00%、2.50%、2.50%,明显低于对照组的45.00%、57.50%、25.00%、25.00%、15.00%、17.50%,差异均有统计学意义(P<0.05);观察组患者的镜检时间为(9.53±2.31) min,明显短于对照组的(18.65±3.51) min,患者对操作和医师的满意度得分分别为(96.52±2.34)分、(95.48±2.37)分,明显高于对照组的(54.60±1.38)分、(60.64±1.42)分,差异均有统计学意义(P<0.05)。结论双向接头型伸缩管连接喉罩在无痛支气管镜检查治疗中能有效解决检查过程中的通气问题,有助于稳定血流动力学,减少呼吸抑制,减少患者痛苦记忆,提升患者对操作和医师的满意度。