隔水管快速接头有限元分析

第３５卷第１２期　２０１３年１２月　舰船科学技术　ＳＨＩＰ　ＳＣＩＥＮＣＥ　ＡＮＤ　ＴＥＣＨＮ０Ｌ０ＧＹ　Ｖｏ１．３５，Ｎｏ．１２　Ｄｅｅ．，２０１３　

基于有限元仿真的隔振通舱管件设计　

沈正帆，吴声敏，张　瑶，周志杰　

（中国舰船研究设计中心，湖北武汉４３００６４）　

摘　要：　为了控制船舶液压系统的振动向系统外传递，设计具有减振功能的通舱管件。同时为了验证该通　

舱管件的隔振效果，对其进行有限元建模，并进行基于显式动力学计算方法的数值仿真试验。数值仿真的结果表　明，所设计的通舱管件具有良好的隔振效果，在相同的冲击载荷作用下，相对于原直接焊接在舱壁上的通舱管件，　舱壁上同一节点处的振动加速度级由１０　ｍ／ｓ　下降到了１０　ｍ／ｓ。，新型通舱管件可有效地减小液压系统振动向系　

统外传递。　关键词：　液压；通舱管件；隔振；有限元　

中图分类号：　Ｕ６６５．２６　文献标识码：Ａ　

文章编号：１６７２—７６４９（２０ｌ３）１２—００７３—０５　ｄｏｉ：１０．３４０４／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—７６４９．２０１３．１２．０１６　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｐｉｐｅ　ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ　ｐｉｅｃｅ　ｗｉｔｈ　ｄａｍｐｉｎｇ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＦＥＭ　

ＳＨＥＮ　Ｚｈｅｎｇ—ｆａｎ，ＷＵ　Ｓｈｅｎｇ—ｍｉｎ，ＺＨＡＮＧ　Ｙａｏ，ＺＨＯＵ　Ｚｈｉ—ｊｉｅ　

（Ｃｈｉｎａ　Ｓｈｉｐ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｃｅｎｔｅｒ，Ｗｕｈａｎ　４３００６４，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ａ　ｎｅｗｌｙ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｐｉｐｅ　ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ　ｐｉｅｃｅ　ｗｉｔｈ　ｄａｍｐｉｎｇ　ｗａｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｒｅｄｕｃｅ　

ｄｉｓｂｅｎｅｆｉｔ　ｐｉｐｉｎｇ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｏｉｌ　ｓｙｓｔｅｍ．ＦＥＭ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ａｎｄ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　

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题目：11[1.0] 有限元分析（任采用板单元或实体单元）。

主管截面为 300×10，长度2000mm，两端铰接。支管截面180×8，长度为

700mm，端部作用均匀轴拉力。支管与主管连接处，截面采用四边角焊缝，有限

元分析可视为与主管完全连接。另两种构造采用一块加劲钢板连接，加劲板截面

为290×10，初定高度为180mm。分别采用图b、图c 两种方式连接。加劲板与

主管、支管相接处均采用双面角焊缝连接，可视为与相连管的板件完全连接。

（1）建立有限元模型并说明模型中的主管端部铰接连接如何实现。

（2）设支管端部轴拉力为900kN。采用弹性分析，计算3 种连接构造下的管内

应力，输出应力图。对应力分析结果进行解释，并说明何以接受计算输出结果的

正确性。

（3）在图c 构造方式下，调整加劲肋高度（例如减少100mm 和增加100mm），

观察连接附近应力变化，并讨论加劲肋高度的影响和合理高度的设置。

（4）设钢材为理想弹塑性体，屈服点为345MPa，试对连接方式（c）作弹塑性

计算（取加劲板高度180mm），合理选择并输出荷载-变形曲线，并解释如何判

定该节点到达极限承载力。

图a 图b 图c

解答：

（1）建立有限元模型并说明模型中的主管端部铰接连接如何实现。

建立几何模型

采用ABAQUS有限元分析软件进行建模分析，钢节点模型采用C3D8R单

元建立，钢材的弹性模量取E=2.1×105MPa，泊松比μ=0.3。建模过程中，对于

主管与支管的连接、加劲板与主管支管的连接，均视为完全连接，即在ABAQUS

建模过程中将主管、支管及加劲板组合为一个统一的构件。

采用C3D8R单元，通过矩形尺寸直接建立几何模型并组装，a、b、c三种

模型分别如图1~3所示。

图1 无加劲板连接模式

2

图2加劲板纵向布置连接模式

图3加劲板横向布置连接模式

划分网格

采用structured方式进行网格划分，划分精度为0.03，划分网格后的模型如

107中国设备工程EngineeringhinaCPlant

中国设备工程 2020.02 （上）随着石油工业的发展，尤其是深井、超深井、高压气井、定向井的开发以及高含硫气井的开采，对石油套管的使用性能不断提出了更高的要求。CLS特殊螺纹套管接头具有高抗扭性能，在恶劣工况下仍有良好的使用效果，在CLS螺纹套管上开展气密性能研究，可以有效应对海上气田的应用要求。本文在保证原CLS螺纹套管高抗扭结构上开展气密结构研究，并通过有限元的方式对不同气密结构进行计算分析，最后给出了气密结构选择的方向建议。1 气密结构设计影响螺纹接头密封性能的因素较多，密封结构形式是重要因素之一。目前，国内应用的密封结构形式主要有锥面-锥面、球面-锥面、柱面-球面等密封形式，如图1所示。本文选取锥面-锥面和球面-锥面这两种密封结构形式利用有限元进行分析。a）锥面/锥面 b）锥面/球面 c）柱面/球面图1 特殊螺纹的主要密封结构形式CLS特殊螺纹接头气密结构研究及有限元分析秦双双，王儒朋（中海油能源发展装备技术有限公司，天津 300452）摘要：为保证石油套管接头在高温、高压和强腐蚀工作环境下的密封完整性，常采用金属对金属的密封方式。本文对比了两种不同的主密封结构形式——锥面-锥面和球面-锥面，通过有限元计算开展了分析工作，为CLS特殊螺纹的气密结构优化提供了新的方向。关键词：密封结构；金属对金属密封；密封性能；有限元中图分类号：TE931.2 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2020）02（上）-0107-022 气密结构有限元计算分析方向密封面应力及接触压力分析2.1 有限元模型的建立CLS接头材料采用L80-3Cr，锥面-锥面接头密封面处的锥度为1：11，球面-锥面接头密封面处的球形半径为73.25mm。据此建立三维模型后采用六面体减缩积分单元对模型整体进行网格划分，有限元模型如图2所示。 a）锥面-锥面 b）球面-锥面 c) 7”CLS接箍 7”CLS接头 7”CLS接头图2 7”CLS接头及接箍网格划分2.2 有限元计算最大Mises应力。将两种接头的结构形式分别与接箍进行装配，经有限元分析得到如图3所示的Mises应力云图。从图中可以看出，最大应力主要集中在密封面处，锥面-锥面接头最大Mises应力为553.7MPa，球面-锥面接头最大Mises应力为556.6MPa，且接头上的Mises应力值大于接箍。密封面应力及接触压力。在密封面上，沿密封面锥度球使目前加热炉的系统参数更加优化以及创新，提升了加热炉的企业价值以及应用管控。5 结语综上所述，现阶段国家越来越重视常减压加热炉的技术改造管理工作。为了进一步提升技术改造的进度，我国已经开始出台了相应的政策，企业的高层领导人员投入了大量的人力物力以及资金，逐步地完善加热炉和运行系统，定期地对相关的工作人员进行培训和考核，加强工作人员的积极性和主动性，为后续的加热炉运行管理培养专业性的人才。引进国内外的先进技术，提升加热炉运行效率，逐步地使加热炉技术改造工作顺利开展，也为后续的常减压装置长期稳定奠定了基础。参考文献：[1]杨勇. 辽河石化蒸馏装置加热炉效率优化研究[D].中国石油大学(华东),2013.[2]付钰,张剑.提高常减压蒸馏装置加热炉热效率的技术改造措施[J].石化技术与应用,2012,30(04):336-339.[3]万辉,连喜增.提高常减压加热炉热效率的技术改造[J].石油化工设备技术,2003(04):39-40+5.108研究与探索Research and Exploration ·工艺流程与应用

海洋生产立管接头特殊螺纹有限元分析

王耀锋;李爱利;刘远波;杨虎;左其川;周亚辉;李秀珍

【摘 要】In order to adapt to the harsh conditions of marine underwater

production riser,a kind of top tensioning production riser threaded joint

was designed,and the related mechanical analysis to this threaded joint

were conducted by adopting finite element contact analysis model.

Calculated and compared coupling thread and pipe body strength by

Abaqus finite element software, simulated the make-up process of riser,

calculated the best make-up torque, and simulated the sealing

performance of the model under four kinds of loads, such as upper buckle

torque, upper buckle and internal pressure, upper buckle and stretch,

upper buckle and stretch and internal pressure. Finite element analysis

results indicated that the sealing surface contact pressure increases with