有限元分析在吊耳设计中的应用

景 玉，黄 勇，毛立青

中国石油第六建设有限公司，广西桂林 541004

吊装施工中，管轴吊耳的选型有两种：一种是在吊耳规范中选择，此法经常导致材料的浪费，增加成本；另一种是工程师根据实际需要设计吊耳，通过简单的静力学公式进行计算校核，但计算结果只能反映管轴吊耳的平均受力情况，无法分析出管轴吊耳中应力集中区域、最大应力值以及结构是否合理，也无法建立动态数据库。本文应用有限元法分析不同结构的管轴吊耳在同等条件下的应力变化情况，分析得出不同结构中最具有实用性的管轴吊耳。

1 工程概况

2020年8月，某项目乙烯装置中急冷水塔的附塔管道需要吊装就位，管道材质为Q345，规格为D1 800 mm×30 mm×37 800 mm，总质量51.2 t。在吊装过程中，立式管道需要使用单机起吊单机溜送法进行吊装，管道起吊受力分析见图1。管轴吊耳距管端500 mm，板式吊耳距管端350 mm，本文对管轴吊耳进行分析。

图1 管道起吊过程中受力分析

根据管道的几何尺寸和重量，设计AXB-40 t（管轴内部焊接有十字筋板） 管轴吊耳[1]，采用ANSYS Workbench软件进行设计校核，吊装综合系数取1.35（动载系数与不平衡系数的乘积），管轴吊耳参数见图2，最大应力分布见图3。

图2 AXB管轴吊耳设计示意

图3 AXB管轴吊耳最大应力分布

2 有限元分析

2.1 导入模型

通过DM三维建模软件对吊耳进行几何建模（见图4），模型材料定义为Q235-B高强度结构钢。

图4 AXB管轴吊耳几何建模

2.2 网格划分

将模型导入软件中，对几何模型进行网格划分，采用solid185四面体网格单元，对焊缝区域的网格进行加密，加密区域网格单元尺寸为2 mm，其余的网格单元尺寸为8 mm，划分的网格总数为187 272个，划分结果见图5。……