含局部減薄彎管的塑性極限載荷有限元分析.pdf

1、壓力管道系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)裝置的重要組成部分，它同壓力容器一樣都是具有爆炸危險(xiǎn)的特種承壓設(shè)備，在石油、化工、航海、航空和核工業(yè)、能源、冶金、醫(yī)藥等工業(yè)領(lǐng)域及城市燃?xì)?、供熱系統(tǒng)中，擔(dān)負(fù)著輸送易燃、易爆、高溫、腐蝕、有毒等介質(zhì)的重要任務(wù)，其完整性直接關(guān)系到生產(chǎn)的順利進(jìn)行和人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。壓力管道一旦發(fā)生泄漏或斷裂將有可能引發(fā)爆炸、燃燒、中毒等重大事故，不僅會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，破壞社會(huì)生產(chǎn)，嚴(yán)重的還會(huì)威脅人員的生命安全，甚至破壞生態(tài)環(huán)境。在

2、眾多的管道爆炸事故中，有相當(dāng)多的事故是由彎管引起的。彎管是壓力管道輸送網(wǎng)絡(luò)中不可缺少的重要部件，用于改變管線方向。由于流體流經(jīng)管道轉(zhuǎn)彎處對(duì)彎管凸邊管壁造成較大沖擊以及介質(zhì)對(duì)彎管管壁沖刷引起的減薄及腐蝕性介質(zhì)對(duì)管壁腐蝕產(chǎn)生的凹坑，為泄漏及爆破等管道事故埋下了隱患。為了保證管道安全、高效的運(yùn)行，必須對(duì)彎管的承載能力加以研究，從而為彎管的安全評(píng)估提供有力的依據(jù)。 為了充分發(fā)揮管道的承載能力，在保證系統(tǒng)安全運(yùn)行的前提下，可以適當(dāng)放寬對(duì)管

3、道內(nèi)應(yīng)力的限制，以達(dá)到延長使用周期、降低維護(hù)費(fèi)用的目的。彎管一般采用韌性較好的碳鋼或不銹鋼制成，且壁厚遠(yuǎn)小于壓力容器的壁厚，工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，其失效破壞常常是極限載荷控制，在安全評(píng)定中，含局部減薄彎管的塑性極限載荷是一個(gè)必不可少的重要參量，因此極限載荷對(duì)于在用壓力管道安全性能評(píng)估具有重要的參考價(jià)值。 本文采用有限元分析的方法，對(duì)內(nèi)壓、彎矩作用下無缺陷彎管和含局部減薄彎管的塑性極限載荷進(jìn)行了研究，詳細(xì)地研究了單一內(nèi)壓、單一彎矩作用

4、時(shí)局部減薄缺陷對(duì)彎管塑性極限載荷的影響，以期對(duì)彎管局部減薄的工程評(píng)定提供有力的依據(jù)。本文的主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下： 1．建立了無缺陷及含局部減薄彎管的三維有限元計(jì)算模型，給出了適合本課題需要的有限元前處理及計(jì)算程序。 2．考慮相連直管的加強(qiáng)作用，得到不同尺寸無缺陷彎管在內(nèi)壓作用下塑性極限載荷的有限元解，在此基礎(chǔ)上給出了形式簡單且具有更高精度的塑性極限載荷估算公式。 3．對(duì)含局部減薄彎管塑性極限載荷的影響因素進(jìn)行化