低溫環(huán)境下管道法蘭連接的應(yīng)力分析

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,對低溫管道中的法蘭進(jìn)展了不同螺栓強度等級和螺栓預(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)緊力和強度等級的降低都將對法蘭應(yīng)力分布產(chǎn)生重要的影響.同時,文中也給出了法蘭外側(cè)的位移隨螺栓預(yù)緊力和強度等級的變化規(guī)律.最終,通過現(xiàn)場測試驗證了數(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)場測試劉小川;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]。埋地管道會被道路、建筑、積存物等占壓，占壓造成地基的不均勻沉降也會導(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]為單元剛度矩陣;{U}為位移向;{F}為單元節(jié)點力和單元壓力之和；{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，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。可以看出，“拉伸+彎曲”總應(yīng)力肯定時，彎曲應(yīng)力的變化對法蘭連接的應(yīng)缺失可能會導(dǎo)致法蘭連接的泄漏。8.86.8480MPa)時，螺栓緊固力矩為471N·m，98.125kN8螺紋強度等級前后法蘭連接應(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?？梢钥闯觯?dāng)管道內(nèi)流體開頭通過法蘭時，法蘭兩側(cè)相對變形突然增5～12μmANSYS12μm，兩者吻合度較高。本文在溫度場變化的條件下，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度等級都會對法蘭連接的應(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。降低螺紋強度等級之后，法蘭連現(xiàn)場試驗說明，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