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低溫環(huán)境下管道法蘭連接的應(yīng)力分析Onthepremiseoftemperaturefunctioninthepaper,FEManalysisforpipelineflangeunderlowtemperatureundercombinationconditionof“bendingandstretching”withvariousboltstrengthgradeandboltpre-tighteningloadwascarriedout.Resultsshowthat,themaximumstressappearsontheboltbothdegradeofboltpre-tighteningloadanddegradeofboltstrengthhaveeffectonstressdistributionofflangeMoreoverthepaperprovideschanginglawforlateraldisplacementwithboltpre-tighteningloadandboltstrengthgradeAtlast,theaccuracyofthenumericalsimulationwasvalidatedbyfieldtest.Thispaperprovidesreferenceforsettingsofpre-tighteningloadintheoilpipelineflangedjoint.%文中在考慮溫度作用的前提下,對(duì)低溫管道中的法蘭進(jìn)展了不同螺栓強(qiáng)度等級(jí)和螺栓預(yù)緊力下的“拉伸+彎曲“組合工況的有限元分析.爭論說明:法蘭最大應(yīng)力消滅在螺栓上,螺栓的預(yù)緊力和強(qiáng)度等級(jí)的降低都將對(duì)法蘭應(yīng)力分布產(chǎn)生重要的影響.同時(shí),文中也給出了法蘭外側(cè)的位移隨螺栓預(yù)緊力和強(qiáng)度等級(jí)的變化規(guī)律.最終,通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試驗(yàn)證了數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性.該爭論結(jié)果可以為輸油管線法蘭連接的預(yù)緊力設(shè)定供給參考.《管道技術(shù)與設(shè)備》【年(卷),期】2023(000)0015(P32-35,57)輸油管線;法蘭連接;ANSYS;應(yīng)力分布;現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試劉小川;許晶禹【作者單位】100088;中國科學(xué)院力學(xué)爭論所,北100190【正文語種】中文TE832破壞[1]。埋地管道會(huì)被道路、建筑、積存物等占?jí)?,占?jí)涸斐傻鼗牟痪鶆虺两狄矔?huì)導(dǎo)致管道產(chǎn)生彎曲甚至裂開[2-6]。由于法蘭連接具有較高的強(qiáng)度和密封性,因而在輸油管線中廣泛應(yīng)用。法蘭連接一般由法蘭、螺栓和墊片組成,應(yīng)力分布簡單,是管線受力的薄弱環(huán)節(jié)。在初始預(yù)緊DN200DN450ANSYS軟件得到了其應(yīng)力分布[7]。爭論說明:法蘭在各種工況下應(yīng)力分布相像,墊片應(yīng)力沿徑向變化較大、沿周向變化較小,墊片的最大應(yīng)力消滅在外邊緣處。杜ANSYS[8]。爭論說明:在預(yù)緊狀態(tài)和工作狀態(tài)下,墊片應(yīng)力都沿徑向呈現(xiàn)出不均勻的帶狀栓預(yù)緊力、介質(zhì)壓力對(duì)法蘭應(yīng)力、應(yīng)變和密封性能的影響[9]。爭論說明:在法蘭VonMises蘭盤的連接處。蘭連接的應(yīng)力進(jìn)展數(shù)值模擬爭論。耦合熱彈性分析的本構(gòu)方程為:式中:{ε}為應(yīng)變向量;{σ}為應(yīng)力向量;S[D]為彈性剛度矩陣;{α}為熱膨脹系數(shù)向量;ΔT;ρcpT0考溫度。下有限元單元矩陣方程:式中:[M]為單元質(zhì)量矩陣;[C]為構(gòu)造阻尼矩陣;[K]為單元?jiǎng)偠染仃?{U}為位移向;{F}為單元節(jié)點(diǎn)力和單元壓力之和;{Ct}為單元特定熱流矩陣;{Kt}為單元熱傳導(dǎo)耗散矩陣;{T}為溫度向量;{Q}為單元生熱和單元外表熱對(duì)流向量之和;[Kut]為單元熱彈性剛度矩陣;[Ctu]為單元熱彈性阻尼。ANSYSsolid58單元。solid5solid5TARGE170CONTA174prets179surf154元。1.6MPaDN350A1=364mmD=520mmK=470mm;螺栓孔26mmn=16C=35mm381mm;螺M24s=36mmm=22.3mm;法蘭兩側(cè)管長0.5m;3mm0.3m。1857122.1×1011kN/m,0.31.2×10-5/℃,30W/(m·℃)1.1×1011kN/m,泊松0.31.77×10-5/℃,400W/(m·℃)。法蘭與墊片0.2。zxyxyyx溫度邊界條件:管內(nèi)側(cè)溫度為-1008.8M24680N·m,每個(gè)預(yù)141.67kN350MPa20MPa35MPa35MPa20MPa50MPaANSYS1632溫度分布云圖,-8.88889、-102接觸端面上表現(xiàn)出明顯的溫度梯度。綜合分析覺察,3具有相像的規(guī)律。333蘭最外端以及管道自由端。30.226,0.286,0.349mm。因此,總載荷肯定時(shí),隨著彎曲應(yīng)力比重的增加,構(gòu)造最大位移漸漸增加。44螺栓孔交匯位置。綜合分析可以覺察,3240,242,242MPa。法蘭連接整體的最大折算應(yīng)力分別為439,440,441MPa5378.9,78.1,77.2MPa。39063上。7比照??梢钥闯觯袄?彎曲”總應(yīng)力肯定時(shí),彎曲應(yīng)力的變化對(duì)法蘭連接的應(yīng)缺失可能會(huì)導(dǎo)致法蘭連接的泄漏。8.86.8480MPa)時(shí),螺栓緊固力矩為471N·m,98.125kN8螺紋強(qiáng)度等級(jí)前后法蘭連接應(yīng)力分布的比照。86.83μm2mDN350。電阻應(yīng)變片粘貼在管道和閥3mm9101.34m/s。可以看出,當(dāng)管道內(nèi)流體開頭通過法蘭時(shí),法蘭兩側(cè)相對(duì)變形突然增5~12μmANSYS12μm,兩者吻合度較高。本文在溫度場(chǎng)變化的條件下,爭論了“拉伸+彎曲”作用下法蘭連接的應(yīng)力分布。各局部最大應(yīng)力按由高到低挨次依次為:螺栓>法蘭。螺栓預(yù)緊力缺失和降低螺紋強(qiáng)度等級(jí)都會(huì)對(duì)法蘭連接的應(yīng)力分布產(chǎn)生影響。預(yù)緊力缺失之后,法蘭連接的應(yīng)力大小變化不大,法蘭最外側(cè)位移消滅了大幅提高。降低螺紋強(qiáng)度等級(jí)之后,法蘭連現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)說明,ANSYS輸油管線法蘭連接的預(yù)緊力設(shè)定供給相應(yīng)的依據(jù)?!鞠嚓P(guān)文獻(xiàn)】[J]202336(4)55-57.[J]202333(2)99
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