內(nèi)壓作用下斜接接管結(jié)構(gòu)裂紋萌生預(yù)測研究.pdf

1、隨著我國對境外能源依賴度的不斷增加，在陸地建設(shè)一萬公里量級以上的油氣管道及相應(yīng)的集輸壓力容器已變得十分普遍。斜接接管結(jié)構(gòu)作為油氣管網(wǎng)及其附屬集輸壓力容器設(shè)計(jì)中不可避免的結(jié)構(gòu)形式，雖在整體管網(wǎng)中所占比例不大，但屬于整體管網(wǎng)中最為薄弱的環(huán)節(jié)之一，常常產(chǎn)生各種形式的失效和破壞。它的安全穩(wěn)定運(yùn)行不僅涉及到國家能源戰(zhàn)略的安全，更牽扯到管道所經(jīng)地域和國家環(huán)境保護(hù)的重要責(zé)任。本文針對內(nèi)壓作用下理想的（沒有初始缺陷的、沒有焊接帶來的不利影響的）斜接接管

2、結(jié)構(gòu)進(jìn)行裂紋萌生預(yù)測研究，并總結(jié)分析斜接接管結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)、應(yīng)力應(yīng)變分布、裂紋萌生預(yù)測結(jié)果之間的關(guān)系，以便在斜接接管設(shè)計(jì)的初期提供一些結(jié)構(gòu)優(yōu)化的建議，進(jìn)而增加其在實(shí)際工作中的疲勞壽命。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴分析了目前普遍使用的缺口構(gòu)件裂紋萌生預(yù)測方法，對比了它們在斜接接管結(jié)構(gòu)裂紋萌生預(yù)測上的步驟和優(yōu)缺點(diǎn)，并對現(xiàn)有條件進(jìn)行了評估，選擇了一種可行的研究方法。⑵針對所選的斜接接管結(jié)構(gòu)裂紋萌生預(yù)測方法的需要，通過有限元模擬的手段，考

3、察了斜接接管結(jié)構(gòu)彈性應(yīng)力集中系數(shù)（理論應(yīng)力集中系數(shù)）與無量綱結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系。結(jié)果表明，小傾斜角、大開孔率、大的筒體與接管的厚度比、大的筒體徑厚比將加劇斜接接管結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中狀況，對其造成不利影響。其中當(dāng)傾斜角小于45度時(shí)彈性應(yīng)力集中系數(shù)大幅增加，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免。⑶考察了斜接接管結(jié)構(gòu)彈性應(yīng)力最大點(diǎn)（危險(xiǎn)點(diǎn)）可能出現(xiàn)的部位，并根據(jù)斜接接管結(jié)構(gòu)在應(yīng)力應(yīng)變分布上的特點(diǎn)將考察范圍鎖定在理想的焊縫區(qū)可能出現(xiàn)危險(xiǎn)點(diǎn)的內(nèi)相貫線、接管焊趾線、

4、筒體焊趾線這三條危險(xiǎn)線上。結(jié)果表明，在理想的斜接接管結(jié)構(gòu)中，裂紋萌生始終發(fā)生在內(nèi)相貫線的銳角側(cè)。⑷使用局部缺口應(yīng)力應(yīng)變方法對斜接接管結(jié)構(gòu)的裂紋萌生進(jìn)行了預(yù)測，得到結(jié)構(gòu)參數(shù)對其的影響規(guī)律。結(jié)果表明，小傾斜角、大開孔率、大的筒體與接管的厚度比、大的筒體徑厚比將減小裂紋萌生預(yù)測結(jié)果，對其造成不利影響。其中當(dāng)傾斜角小于45度時(shí)裂紋萌生預(yù)測結(jié)果將大幅減少，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免。⑸從概率分析角度對斜接接管結(jié)構(gòu)的裂紋萌生預(yù)測進(jìn)行了可靠性分析。并在給