1. Fatores que influenciam a capacidade final de carga das conexões de flange

De acordo com muitos estudos, A capacidade final de carga das conexões de flange é afetada por uma variedade de fatores, incluindo a espessura da placa de flange, o número de parafusos, A distância entre flange e tubo de aço, e a força do material. Por exemplo:

• Espessura da placa de flange : A espessura da placa do flange tem um impacto significativo na capacidade de carga de carga. Estudos mostraram que quando a espessura da placa do flange aumenta, A capacidade de carga da conexão do flange aumenta. Por exemplo, Alguns estudos apontaram que a espessura da placa do flange deve ser maior que 14 mm para reduzir a redução na capacidade de carga causada por deformação plástica.
• Número e layout de parafusos : O número e o layout dos parafusos também têm um impacto importante na capacidade de carga das conexões de flange. Por exemplo, Aumentar o número de parafusos pode melhorar a força da fadiga e a estabilidade geral da conexão .
• Força do material : A capacidade de rolamento da conexão do flange também está intimamente relacionada à força do material usado. Por exemplo, o uso de aços de alta resistência (como Q690) pode melhorar significativamente a capacidade final de carga das conexões de flange. .

2. Simulação experimental e numérica da capacidade final de carga

Múltiplos estudos de simulação experimental e numérica verificaram a capacidade final de carga das conexões de flange:

• Pesquisa experimental : Através de experimentos em tamanho real, Os pesquisadores descobriram que as conexões de flange se manifestam principalmente em dois modos de falha no estado limite: Uma é que a deformação plástica excessiva da placa de flange leva a uma diminuição na capacidade de suporte de carga; o outro é que o rendimento do tubo de aço leva a uma falha da conexão. além do que, além do mais, Para diferentes tipos de conexões de flange (como flanges de pescoço e flanges soldados planos), Resultados experimentais mostram que a espessura da placa de flange e o número de parafusos são parâmetros-chave que afetam.
• Simulação numérica : A análise de elementos finitos é amplamente utilizada para prever a capacidade final de carga das conexões de flange. Por exemplo, Através da simulação de software ANSYS, Verificou-se que aumentar a espessura das placas de flange e o número de parafusos pode melhorar significativamente a rigidez e a capacidade de carga da conexão. . além do que, além do mais, Para projetos específicos (como conexões de flange com placas de reforço de vento único), O modelo de elemento finito é consistente com os resultados experimentais bem. .

3. Análise teórica da capacidade de rolamento final

A análise teórica revela ainda a regularidade da capacidade de carga de conexão de flange:

• Fórmula da capacidade de carga : Pesquisas mostram que a capacidade final da conexão de flange está correlacionada positivamente com sua espessura, Enquanto o relacionamento é menor com o comprimento da placa de conexão e a espessura do aço ângulo. .
• Modo de falha : Os principais modos de falha da conexão do flange incluem deformação plástica, Afloamento do parafuso e rendimento do tubo de aço. Por exemplo, parafusos soltos podem causar falha de fadiga da conexão sob carga cíclica, como carregamento de vento ou ação de terremoto.

4. Aplicação e melhoria

Para aplicações práticas de engenharia, Os pesquisadores propuseram uma variedade de medidas de melhoria:

• Fortalecer o design : Aumentando a espessura da placa de flange, usando aço de alta resistência ou aço de canal de ligação, A capacidade de carga e a vida útil da flange da conexão do flange podem ser significativamente aprimorados.
• Layout otimizado : Arranjo razoável de parafusos e aumentar o número de parafusos pode melhorar a rigidez e a estabilidade geral da conexão .
• Nova estrutura : Por exemplo, O uso da conexão de flange de endurecimento de vários rings pode melhorar ainda mais a capacidade e a rigidez da carga.

para concluir

Com base na análise acima, A capacidade final da capacidade de carga das conexões de flange da torre de tubo de aço é afetada por uma variedade de fatores, incluindo força do material, espessura da placa de flange, Número de parafusos e método de layout. Através de uma combinação de experimental, Simulação numérica e análise teórica, A capacidade de carga das conexões de flange pode ser efetivamente prevista e otimizada. Ao mesmo tempo, em projetos reais, Materiais e parâmetros de projeto apropriados devem ser selecionados de acordo com necessidades específicas, e medidas de melhoria correspondentes devem ser tomadas para melhorar a segurança e a confiabilidade da conexão.

Como a espessura da placa do flange afeta especificamente a capacidade máxima de carga da conexão do flange da torre de tubo de aço?

De acordo com as informações que pesquisei, A espessura da placa do flange tem um impacto significativo na capacidade final de rolamento da conexão de flange da torre de tubo de aço. Especificamente, O aumento da espessura da placa do flange pode melhorar a força e a rigidez dos nós do flange, Reduza a deformação da placa do flange e a concentração de tensão na conexão entre a placa do flange e o material principal, Melhorando assim a capacidade final de carga da conexão do flange. Contudo, Quando a espessura da placa do flange atinge um certo valor, Seu efeito na melhoria da capacidade final de carga de carga irá enfraquecer gradualmente, e pode até aumentar o uso desnecessário de material devido à placa de flange muito grossa, resultando em uma diminuição na eficiência econômica.

Em aplicações práticas, A escolha da espessura da placa de flange requer consideração abrangente do desempenho e economia do rolamento de carga. Por exemplo, Para flanges forjadas de tubo de aço de pressão ultra-alta, Embora o aumento na espessura da placa do flange possa melhorar a rigidez inicial e o desempenho da tração do nó, também aumentará o estresse adicional gerado pela força indiscreta no parafuso, afetando assim a pré-carga do parafuso e a estabilidade a longo prazo dos nós. Assim sendo, O design da espessura da placa do flange precisa ser selecionado o mais razoável possível para alcançar a melhor economia e segurança enquanto atende à segurança estrutural.

além do que, além do mais, A espessura da placa do flange também tem um certo impacto na força do parafuso. Quanto maior a força de pré -carga do parafuso, quanto maior a rigidez inicial da placa do flange, Mas a força de pré -carga excessiva do parafuso pode causar força de pré -carga insuficiente do parafuso, que afetará a capacidade de carga do nó. Assim sendo, Ao projetar a espessura da placa do flange, Também é necessário considerar a influência da força de pré -carga do parafuso para garantir que a força de pré -carga do parafuso esteja dentro de um intervalo razoável.

A espessura da placa do flange tem uma influência importante na capacidade final do rolamento da conexão do flange da torre de tubo de aço.

Quais são as principais diferenças entre a pesquisa experimental e a simulação numérica na previsão da capacidade final de carga das conexões de flange?

As principais diferenças entre pesquisa experimental e simulação numérica na previsão da capacidade de rolamento de carga final da conexão do flange são refletidas principalmente nos seguintes aspectos:

1. Diferenças na capacidade de carga de carga :
   • existe entre eles, A diferença na capacidade de carga de carga das articulações do flange entre experimentos e testes numéricos foi 14.76%, enquanto a diferença nas juntas de invólucro era 18.83%. Isso mostra que os resultados da simulação numérica são um pouco mais altos do que os resultados dos testes de laboratório, Provavelmente porque a simulação numérica atende melhor às condições de carregamento ideais .
2. Diferenças no processo de carregamento :
   • A articulação do flange se desenvolve rapidamente no estágio inicial, com uma ligeira diminuição da rigidez após o rendimento, E então a carga se estabiliza, Mostrando boa capacidade de suporte de carga em estágio avançado. Em contraste, A rigidez da articulação da carcaça é um pouco maior que a da articulação do flange, E a força final é 2.85 vezes o da articulação do flange. O mecanismo de transmissão de força é claro e a distribuição de carga é uniforme, Mostrando boa ductilidade e capacidade de rolamento de carga final. .
3. Diferenças nas propriedades do material :
   • Enquanto isso, existe, Os resultados do teste de flexão do IPCBI com CSW mostram que, apesar da falha de flexão, Excelente desempenho de flexão foi mostrado. Isso é consistente com os resultados de simulações numéricas, mostrando um efeito significativo do CSW na melhor capacidade de carga de conexões de flange .
4. Efeitos dos parâmetros do modelo :
   • existe entre eles, A capacidade de rolamento de rolamentos deslizantes em duas formas transversais de CFST-1s e CFST-2 na parte superior da coluna foi simulação numérica e comparação experimental. Os resultados mostram que a capacidade de carga da simulação de Fe não diminuiu significativamente, E embora existam certos erros, O erro está dentro de um intervalo aceitável. Isso mostra que a simulação numérica pode prever melhor a capacidade de carga das conexões de flange .
5. Diferenças nas condições de carregamento :
   • Na verificação do modelo de elemento finito, O erro entre a carga limite e o teste do modelo de elemento finito está dentro 15%, e a curva de deflexão de espaço de carga limite, Curva de deformação e deformação e axial da carga limite e os resultados do teste são bem consistentes, indicando que o modelo de elemento finito é mais preciso.

As principais diferenças entre pesquisa experimental e simulação numérica na previsão da capacidade de rolamento de carga final da conexão do flange está nos valores numéricos específicos da capacidade de rolamento de carga, os detalhes do processo de carregamento, e o reflexo das propriedades do material. Simulações numéricas geralmente são mais capazes de atender às condições ideais de carregamento, fornecendo assim resultados de previsão mais precisos.

Quais são os detalhes do projeto da nova conexão de flange de enrijecimento de vários ring e suas vantagens específicas para a capacidade e a rigidez de suporte de carga?

Os detalhes do projeto da nova conexão de flange de enrijecimento de vários rings e suas vantagens específicas para a capacidade e a rigidez de suporte de carga são as seguintes:

Detalhes do projeto

1. Estrutura de reforço de vários ring : A nova conexão de flange de enrijecimento de vários rings adota um design de reforço de vários rings, que pode melhorar significativamente a capacidade de suportar o nó do flange. Especificamente, A capacidade de rolamento do enrijecimento de vários rings pode ser aumentada por 50% para 80% Comparado aos nós do tubo de aço enrijável de anel único.
2. Nós de flange rígidos internos e externos : Além do enrijecimento de vários ringos, A nova conexão de flange também apresenta o design de nós de flange rígido interno e externo. Este design não apenas melhora a capacidade de carga do nó, mas também salva sobre 2% de material.
3. Parafusos de alta resistência e reforços : Em aplicações práticas, A configuração de parafusos e reforços de alta resistência pode melhorar ainda mais a capacidade de carga e a rigidez inicial do nó. Por exemplo, O parafuso de alta resistência de 12,9 níveis tem maior força de pré-tensão e capacidade de mancal final, Enquanto as costelas de rigidez podem proteger as soldas da placa do flange e das paredes da coluna, tornando a capacidade de trabalho coordenada mais forte .

Vantagens específicas da capacidade e rigidez do suporte de carga

1. Capacidade de carga aprimorada : A capacidade de carga da conexão de flange de enrijecimento de vários rings é significativamente melhorada, especificamente manifestado como um aumento de 50% para 80%. Esta melhoria se deve principalmente ao design otimizado da estrutura de vários rings, o que pode dispersar e transferir cargas mais efetivamente.
2. Melhoria da rigidez : Definindo o cilindro principal e os parafusos de alta resistência, A rigidez e ductilidade inicial dos nós são significativamente melhoradas. Por exemplo, O arranjo do cilindro do núcleo pode melhorar o estresse do grupo de parafusos na conexão do flange, reduzir a perda de pretensão, e melhorar a ductilidade e resistência dos nós. . além do que, além do mais, O uso de parafusos e reforços de alta resistência também melhora significativamente a rigidez inicial e o coeficiente de ductilidade dos nós. .
3. Economia de material : Comparado com nós de flange rígidos tradicionais, os nós de flange rígidos internos e externos podem salvar sobre 2% do material, que tem benefícios econômicos significativos em projetos em larga escala.

Cenários de aplicação

A nova conexão de flange de reforço de vários rings é particularmente adequada para o projeto da torre de tubo de aço em tensão ultra-alta, multi-turn, Grande extensão e outros projetos de linha. Este design não apenas melhora a segurança e a confiabilidade da estrutura, mas também fornece suporte técnico para a engenharia.

para concluir

A nova conexão de flange de endurecimento de vários ring em melhoria melhora significativamente a capacidade e a rigidez portador de carga através do design otimizado enquanto economiza materiais.

Como otimizar o arranjo do parafuso das conexões de flange através da análise de elementos finitos para melhorar sua capacidade de rolamento de carga final?

De acordo com as informações que pesquisei, Otimizando o arranjo do parafuso de conexões de flange para melhorar sua capacidade de rolamento de carga final pode ser alcançado das seguintes maneiras:

1. Análise de elementos finitos (FEA) :
   • As conexões de flange são modeladas e analisadas usando software de análise de elementos finitos, como a ANSYS Workbench. Simulando as condições de estresse sob diferentes condições de trabalho, É possível determinar as regras de distribuição de tensão e deformação do sistema de conexão do flange do parafuso em condições de pré -carregamento e sob pressão.
   • Combinando a ideia de design otimizada com análise de elementos finitos, As dimensões geométricas do sistema de conexão do flange do parafuso podem ser otimizadas, reduzindo assim o estresse equivalente máximo na articulação, reduzindo a quantidade de deformação do flange, e prolongando a vida útil da flange.
2. Coeficiente de correção de tensão do parafuso :
   • O coeficiente de correção de tensão do parafuso M é introduzido no design para levar em consideração o momento de flexão adicional gerado pela deformação do tubo de aço Q690 no parafuso. Pesquisas mostram que levar M para 0.62 pode melhorar efetivamente a uniformidade da distribuição de tensão de grupos de parafusos, Melhorando assim a capacidade final de rolamento das conexões de flange. .
3. Densidade do layout do parafuso :
   • Quanto mais próximo o parafuso estiver da parede do tubo, quanto mais a capacidade de rolamento final do nó pode ser melhorada. Assim sendo, Otimizar a densidade de arranjo dos parafusos para torná-los mais próximos da parede do tubo pode melhorar a capacidade final da conexão de flange da conexão .
4. Pré -carga do parafuso :
   • Aumentar a força de pré -carga dos parafusos pode aumentar a capacidade final de rolamento da conexão do flange. A análise experimental e de elementos finitos mostra que grupos de parafusos com maior força de pré -carga aumentaram a capacidade de carga local e a deformação sob carga de impacto .
5. Diâmetro do parafuso :
   • O aumento do diâmetro do parafuso pode aumentar a capacidade de rolamento final da conexão do parafuso do tubo composto. Pesquisas mostram que com o aumento do diâmetro do parafuso, A capacidade final de rolamento da conexão do parafuso do tubo composto aumenta não linearmente. .
6. Design de arruela :
   • Juntas de flange reforçadas podem reduzir a concentração de estresse na parede interna do tubo e melhorar a capacidade da borda do orifício de resistir à precisão. Projetando e instalando juntas de flange no lado interno da parede do tubo, A capacidade final de carga das conexões de flange pode ser efetivamente melhorada. .
7. Características de dano ao grupo de parafusos :
   • A característica de dano do grupo de parafusos é dano seqüencial. Os três primeiros parafusos do grupo de parafusos superiores são parafusos iniciais de carga de carga, e sua capacidade de carga de carga determina a capacidade de carga da estrutura geral de conexão. Assim sendo, A pré -carga e a densidade de distribuição desses parafusos -chave devem ser garantidas no design .
8. Parafuso de status de pretendimento :
   • No estado de pré-aperto, Os padrões gerais de estresse e variação de tensão do conector do flange dos parafusos são basicamente os mesmos que os da situação geral. À medida que a pressão no tubo aumenta gradualmente, Os padrões de variação de tensão e tensão de cada componente são basicamente os mesmos. Assim sendo, As condições de estresse no estado pré -carregado devem ser totalmente consideradas no projeto.

Quais são os resultados de pesquisa específicos do impacto do uso de aço de alta resistência na capacidade final de carga das conexões de flange?

De acordo com as informações que pesquisei, Os seguintes resultados de pesquisa específicos são dados ao impacto do uso de aço de alta resistência na capacidade de rolamento de carga final da conexão de flange:

1. Aplicação de aço Q690 de alta resistência :
   • Pesquisas mostram que o uso de aço de alta resistência Q690 como material de flange pode melhorar significativamente a capacidade final de carga do flange. Q690 Aço de alta resistência tem alta resistência de escoamento e resistência à tração, o que permite que o flange suporta maiores cargas quando sob estresse, melhorando assim a segurança e a confiabilidade da estrutura geral. .
2. Análise de elementos finitos e verificação experimental :
   • Através de análise de elementos finitos e teste de tração do eixo, A pesquisa descobriu que o método de design do flange de aço de alta resistência Q690 é razoável e pode atender aos requisitos de aplicações de engenharia. Os resultados do teste mostram que o nó do flange está sujeito a força razoável, e o coeficiente de correção de estresse do parafuso é recomendado para ser 0.62 Para reduzir o momento de flexão adicional gerado pela deformação da placa de aço de alta resistência no parafuso. .
3. Efeitos de parafusos e espessura da placa de flange :
   • Quanto mais próximos os parafusos estão da parede do tubo, quanto maior a capacidade de rolamento do flange. além do que, além do mais, A espessura da placa do flange também tem um impacto significativo na capacidade de rolamento final do nó. Aumentar a espessura da placa do flange pode melhorar a capacidade de rolamento, mas quando a espessura da placa do flange excede um certo valor, O aumento da espessura tem pouco efeito sobre a melhoria da capacidade de rolamento .
4. Efeitos do diâmetro do tubo de aço e espessura :
   • O diâmetro e a espessura do tubo de aço têm um impacto significativo na capacidade de rolamento final da conexão do flange. Pesquisas mostram que a proporção de diâmetro do tubo de aço e a espessura tem uma influência importante na capacidade de rolamento do flange. Maior relação de diâmetro e espessura pode melhorar a capacidade de rolamento do flange. .
5. Efeitos do estresse residual na soldagem :
   • Estresse residual e deformação residual durante a soldagem têm um impacto significativo no estresse do nó do flange. Flanges rígidos usando reforços têm grande influência na soldagem estresse residual e deformação residual, Portanto, atenção especial deve ser dada a esses fatores durante o projeto. .
6. Aplicação do flange forjado no pescoço :
   • O flange em forma de pescoço combina as vantagens de flanges rígidos e flanges flexíveis, e tem as características de grande rigidez, pequena deformação e baixo volume de soldagem. Pesquisas mostram que o desempenho da tração dos nós em diferentes níveis de capacidade de rolamento é bom, A carga final atinge 130% ~ 150% da carga projetada, e a espessura do flange, inclinação do pescoço, A pré-carga do parafuso e a excentricidade da carga é um parâmetro-chave que afeta o desempenho da carga.