基于ANSYS软件对压力容器开孔接管区的应力与疲劳分析

文章利用ANSYS有限元软件对压力容器开孔接管区进行应力分析，获得了开孔接管区的应力强度分布图，得到最大应力发生在筒体最高位置与接管的连接处，[HTK]最大应力强度值为247.478 MPa。然后利用ANSYS进行疲劳寿命分析，将有限元方法与疲劳寿命分析理论相结合，得到累积使用系数均小于1，即开孔接管部位满足疲劳强度的要求，因此该容器是安全的。通过此次分析再次证明了ANSYS软件为压力容器实际工程应用中提供了可靠的、高效的理论依据。     

带裂纹自增强与非自增强高压容器的疲劳对比试验及失效分析

本文通过对带裂纹的高压容器进行自增强与非自增强的内压疲劳对比试验,研究了自增强处理方法对带裂纹高压容器疲劳寿命的影响。试验结果表明,自增强处理不但提高了内壁带裂纹的高压容器的疲劳寿命,而且在一定条件下也提高了内壁和外壁带裂纹的高压容器的疲劳寿命。同时自增强处理也能显著提高筒体与平板封头连接焊缝的疲劳寿命。根据试验结果,文中也对高压容器的疲劳失效特点作了分析。     

机械振动对激光填丝焊接接头组织和疲劳性能影响

针对激光填丝焊接过程中存在气孔、飞溅、夹渣和疲劳性能差等缺点，课题组提出了基于机械振动技术的激光填丝焊接方法。课题组采用机械振动与激光填丝焊接相耦合的方法研究了机械振动对焊缝形貌、组织、力学性能和断裂机理的影响。结果表明：机械振动可以改善316不锈钢焊接接头，减少焊缝中的柱状晶，增加树枝晶和等轴晶，提高了焊缝硬度；3种振动频率下焊接接头的残余应力均较高，与振动频率0和524 Hz相比，1 055 Hz振动频率的焊缝残余应力更低；疲劳断口均呈解理断裂，但是与524 Hz振动频率相比，1 055 Hz振动频率具有更低的裂纹扩展率，更好的疲劳性能。     

在役球罐裂纹缺陷统计与分析

通过对20多台在役球罐的定期检验中发现的裂纹缺陷的数量、位置、尺寸及使用介质等因素进行统计,结果表明：柱腿角焊缝裂纹和内表面裂纹数量最多,焊接接头上的裂纹主要以柱腿和环焊缝为主,裂纹尺寸大部分在50 mm以内。经分析,强力组装引起的拘束力、焊接残余应力、焊接接头的氢含量和淬硬组织的存在是裂纹形成的主要因素,合理控制这些因素能有效地提高球罐的安全性和使用寿命。     

软土地区CFG桩群孔效应引发周边土体变形机理研究

软土地区CFG桩施工,桩顶以上部分空桩孔不及时回填会造成群孔效应。通过单孔和群孔效应数值模拟,并加以工程实测分析,初步得到了群孔效应引发周边土体变形机理。土体变形由空桩孔孔壁内缩引起,并在竖向和水平向应力拱的作用下达到稳定状态。单孔孔壁变形最大值和最大值位置主要受孔深影响。多孔共存孔心距较小时,周边土体水平和竖向应力拱相互影响削弱导致每个空孔的内缩变形均大于单孔时的变形值,这是群孔效应引发周边土体变形严重的主要原因。随孔数增多,周边土体的竖向和水平向变形均增大,最大变形值位置与地表间距离减小。孔数超过400后,最大值位置位于地表。孔底标高以上且距群孔边界2倍孔深以内的区域为群孔效应的主要影响区。     

圆柱壳双开孔接管结构的应力分布研究

针对化工过程装备中经常遇到的圆柱壳双开孔接管结构,采用有限元分析方法获得轴向和环向双开孔接管结构的应力集中系数分布图。分析结果表明,开孔率和开孔间距大小是影响筒体开孔接管区应力分布的主要因素。开孔率决定了开孔影响区的范围以及结构的最大应力集中系数,而开孔间距的变化直接影响到筒体孔桥部位上最大应力水平。研究结果为此类结构安全评定及优化设计提供有效手段。     

含凹陷管道的完整性评价

针对凹陷引起的管道应力集中问题， 基于深度的评价准则已不能满足工程应用， 提出包含内检测、 噪声处理、 几何插值和应变求解的基于应变的评价流程。单纯凹陷对管道的剩余强度影响不大， 但与焊缝、 裂纹及划伤等其他种类缺陷联合作用时， 则可能加快管道的断裂失效， 可以采用弹塑性断裂理论对含裂纹和划伤凹陷进行剩余强度计算， 当凹陷位于焊缝时， 建议直接修复或替换。在内压波动影响下， 无约束凹陷的疲劳问题较为严重， 提出采用雨流计数法对管道的压力历程进行循环计数， 根据疲劳累积损伤理论确定管道的疲劳寿命或检修周期。通过对目前国外主要标准的分析和比较， 结合凹陷的自身特性， 提出了更加合理的管道凹陷完整性评价体系。     

内压作用下双开孔圆柱壳孔间距限定

多开孔接管结构常用于压力容器和管道,文章重点考虑了不同A值和不同开孔间距,采用有限元分析法对内压 作用下轴向和环向双开孔圆柱壳进行了应力分析,基于弹性应力法和极限载荷法对承压结构进行应力强度评价。研究 结果表明,基于弹性应力法的应力强度评价,当轴向双开孔圆柱壳开孔间距不大于2. 010时,结构不能满足弹性应力强 度评定要求;基于极限载荷法的强度评价,双开孔圆柱壳均能满足应力强度评定要求。建议对轴向和环向双开孔圆柱壳 开孔间距分别作出限定     

压力容器焊缝返修中的断裂力学分析

用断裂力学理论,对焊缝返修部位的熔合区和热影响区的影响进行分析.分析两区的金属组织变化,晶体结构的改变,冷热变形、各种裂纹的萌生和扩展对其母材的断裂韧度K_(1c),弹性能释放率G_(1c),应力强度因子,裂纹驱动力G的关系.     

基于ANSYS的平板封头矩形大开孔优化设计

针对矩形大开孔的拱形平板封头处结构复杂,常规计算方法难以进行应力分析的问题,课题组提出使用ANSYS软件进行模拟计算,并采取MPC接触方式使T型加强筋与其它部件相连接,得到该结构应力分布规律。在满足强度要求与疲劳性能的基础上,使用ANSYS优化模块对结构进行优化设计。分析结果表明：平板封头矩形大开孔结构在优化后质量减少19.6 %,实现了轻量化的目标,有效降低了生产制造成本。     

夹心钢板系统加固正交异性钢桥面板的性能分析

正交异性钢桥面板广泛应用在现代钢桥中,但在车辆荷载作用下,由于较高的应力集中易引起关键焊接部位的疲劳裂纹,采用夹心钢板系统(SPS)对正交异性钢桥面板进行加固。通过ANSYS软件建立了正交异性钢桥面板及其SPS加固层的三维有限元模型,在不同的荷载工况下,分析了按我国现行规范规定的车辆荷载的两个后轴共同作用下桥面板的应力分布特征,并与加固前的应力状态进行了对比。结果表明：骑U肋加载在桥面板时U肋焊接处产生的横桥向应力最大;采用SPS对正交异性钢桥面板进行加固的效果良好,与加固前相比,可较大幅度地降低钢桥面板的应力,更有助于抵抗钢桥面板疲劳裂纹的产生。     

局部激光表面处理对7075铝合金疲劳性能影响的研究

7075铝合金以其独特的性能广泛应用于载运工具各个行业中,但是,铝合金在焊接后会出现疲劳强度降低的现象,这对载运工具的安全性产能生了消极影响。针对这一现象,采用局部激光表面处理法来改善7075铝合金的疲劳性能。对未处理试样和局部激光表面处理后试样的疲劳裂纹扩展速率的研究表明,局部激光表面处理能有效降低疲劳裂纹扩展速率,提高疲劳寿命。ANSYS有限元残余应力分析及硬度试验表明,局部激光表面处理后试样上形成的残余应力场和局部软化现象是疲劳裂纹扩展速率降低的主要因素。     

柴油机铝合金气缸盖热机耦合疲劳损伤分析

针对某型高功率密度柴油机铝合金气缸盖,建立有限元模型,采用Abaqus计算结构温度场及应力场。以热机耦合应力场结果为基础,并考虑温度对材料性能的影响,计算气缸盖热机耦合疲劳损伤。由分析结果可知:在热机耦合加载条件下,气缸盖应力值最大为179MPa,位于气缸盖鼻梁区,考虑温度对铝合金材料强度的弱化影响,该值满足材料静强度要求。疲劳寿命分析结果表明:气缸盖危险区域的最大损伤值(对数值)为-4.54;气缸盖鼻梁区产生裂纹的主要原因是该处热机耦合疲劳载荷引起的应力集中。     

不同应力比下渗碳齿轮钢多重竞争疲劳失效模型构建

在应力比为-1,0和0.3的情况下,对渗碳齿轮钢进行了轴向加载试验,研究其超高周疲劳性能.试样的疲劳失效形式为:表面失效、内部无细晶粒区(Fine granular area,FGA)失效和内部有FGA失效.为描述齿轮钢在变应力比及表面强化处理下的竞争失效机理,建立了包含三种失效模式的多重竞争疲劳失效模型.结果表明,三种疲劳失效模式的失效概率与试验数据吻合较好,为阐明齿轮钢超高周疲劳状态下疲劳裂纹萌生竞争机制提出新的评估方法.     

销孔间隙与孔壁承压容许应力取值研究

销连接是现代钢结构连接常用的形式,然而销孔与销轴之间不可避免地存在间隙。利用ANSYS软件研究销孔间隙对耳板孔壁承压容许应力的影响。在弹塑性阶段,通过详细的数值分析以塑性区面积为“桥梁”研究了销孔间隙对耳板孔壁承压建议容许应力的影响。将得到的离散数据进行解析拟合,给出了耳板承压建议容许应力随销孔间隙变化的公式。     

基于有限元法的含裂纹平板应力强度因子研究

许多结构和设备由于材料本身原因或使用不当会产生表面裂纹。应力强度因子是用来判定含裂纹的设备或结 构是否会失稳甚至断裂的重要依据。文中选用存在表面裂纹的有限大平板,用1/4节点奇异单元,建立含表面半椭圆裂 纹的平板有限元模型,利用ANSYS对此模型进行应力强度因子的求解。建立不同的模型进行对比分析,得出不同的裂 纹长度、深度、板厚等因素对裂纹尖端应力强度因子的影响情况,以及应力强度因子沿裂纹前缘分布规律。发现裂尖处 应力强度因子随着裂纹长度的增加而减小,随着裂纹深度的增加而增大;裂纹前缘的应力强度因子,在裂纹最深处最大, 由裂纹尖端向裂纹最深处呈现逐渐增大的变化规律。     

基于Workbench 防冲刺短节疲劳寿命分析

在井控作业中,高速、高压流体冲击防冲刺短节,产生脉动循环冲击载荷,易产生冲击疲劳。通过疲劳寿命理论计算得出防冲蚀短节满足疲劳强度要求。然后,根据材料的S –N 曲线,通过ANSYS Workbench 多物理场耦合分析平台完成对防冲刺短节流固耦合分析,得到作用于防冲刺短节的载荷谱。利用Ncode DsignLife 疲劳分析方法对防冲刺短节进行疲劳寿命数值模拟,采用疲劳安全系数作为疲劳强度失效评价标准,得到防冲刺短节关键区域安全系数均大于1,满足其疲劳强度设计要求,且安全系数云图与应力云图分布位置相同,说明数模结果具有一定指导意义。     

考虑焊接残余应力下的索梁锚固结构主焊缝受力性能分析

赣江特大桥主桥为跨度300 m的双塔混合结合梁斜拉桥,该桥型系首次在高速铁路上应用,主跨的钢混结合梁索梁锚固系统采用新型锚拉板式结构,其结构形式和施工工艺都进行了较大改进。索梁锚固结构采用焊接工艺,锚固位置受力较为复杂,施焊后焊接残余应力较大。为研究该区域主焊缝受力性能,采用有限元软件ANSYS分别建立锚拉板结构的节段模型和主要受拉焊缝的热-结构耦合模型,对该锚拉板结构连接部位进行考虑焊接残余应力下的受力性能分析。结果表明,焊缝中间区域的最大残余应力未达到屈服,其两侧区域的应力值较小而能够承担较大的外力,焊缝的整体处于弹性工作状态,具有一定的安全储备,但是在设计施工与后期运营中应予以特别重视。     

塔机主臂杆三维裂纹应力强度因子的计算

采用三维裂纹奇异单元列式方法对含纵向闭合裂纹塔机主臂杆接头部位进行了应力分析和应力强度因子的计算,分析了焊接残余应力对塔机主臂杆母材强度、环向拉应力和应力强度因子的影响。     

风力机塔筒结构纵焊缝疲劳寿命预测

塔筒作为大型风电机组的重要基础部件,其焊接部分的疲劳性能直接影响风电机组的安全可靠运行。提出了预测塔筒结构纵焊缝疲劳寿命的方法,在其满足极限强度的前提下,通过DIN18800-4截面应力计算获得各工况时序应力,结合雨流计数法和Miner线性累积损伤理论,预测塔筒纵焊缝疲劳寿命。结果表明:塔筒结构满足设计要求,验证了该方法的可行性和有效性。