含局部減薄缺陷彎管的極限載荷與安全性分析.pdf

1、彎管是管道系統(tǒng)的主要構(gòu)件，它不僅能改變管線的方向，并且通過(guò)彈性變形吸收系統(tǒng)中由于熱膨脹等因素產(chǎn)生的力和彎矩，因此彎管在受壓管道系統(tǒng)中受載復(fù)雜，是系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)。局部減薄是彎管中常見(jiàn)的缺陷之一，但國(guó)內(nèi)外對(duì)此類(lèi)缺陷的研究主要針對(duì)直管，對(duì)彎管局部減薄的研究較少，尤其在組合載荷聯(lián)合作用下彎管極限載荷研究更少。
　　 通過(guò)理論分析，推導(dǎo)了內(nèi)壓載荷作用下橢圓截面彎管的應(yīng)力分布和彎矩作用下彎管的應(yīng)力分布。通過(guò)詳細(xì)的有限元計(jì)算，分析了在內(nèi)壓、

2、彎矩、以及內(nèi)壓與彎矩聯(lián)合作用下彎管極限載荷，考察了局部減薄對(duì)彎管極限承載能力的影響，并進(jìn)行了含與不含局部減薄缺陷彎管的試驗(yàn)研究，得到了以下研究結(jié)果：
　　 (1)通過(guò)理論分析，得出了內(nèi)壓作用下橢圓截面彎管的應(yīng)力分布。通過(guò)彎管應(yīng)變分析并利用能量法推導(dǎo)了彎矩作用下彎管的軸向應(yīng)力和環(huán)向應(yīng)力解析式。利用彎管應(yīng)力高次解計(jì)算，得出了最大環(huán)向應(yīng)力系數(shù)和最大軸向應(yīng)力系數(shù)的表達(dá)式，表達(dá)式擴(kuò)大了原有計(jì)算方法的應(yīng)用范圍，可適用于任何彎曲系數(shù)的彎管。<

3、br>　　 (2)有限元計(jì)算表明，彎管的塑性極限內(nèi)壓隨其壁厚增加而增加，并隨彎曲半徑的增加而增加，極限內(nèi)壓與壁厚近似成線性關(guān)系。平面彎矩作用下，無(wú)論是張開(kāi)彎矩還是閉合彎矩作用下，彎管的塑性極限載荷隨著彎管壁厚增加而增加，并隨彎曲系數(shù)的增加而增加。在彎管材料和幾何尺寸相同情況下，承受的極限平面張開(kāi)彎矩比極限平面閉合彎矩大。隨著壁厚增加，此差異逐漸變?。浑S著相對(duì)彎曲半徑增加，此差異也逐漸變小。平面彎矩作用下，彎管橫截面發(fā)生橢圓化變形。張開(kāi)

4、彎矩和閉合彎矩下橫截面橢圓的長(zhǎng)半軸相互垂直。內(nèi)壓與彎矩聯(lián)合作用下，在施加內(nèi)壓與極限內(nèi)壓比小于0.469時(shí)，彎管的極限彎矩隨著內(nèi)壓的增加而增加；在施加內(nèi)壓與極限內(nèi)壓比大于0.469時(shí)，極限彎矩隨內(nèi)壓增大而減小。
　　 (3)有限元計(jì)算表明，對(duì)外拱內(nèi)壁、外壁含局部減薄缺陷的彎管，當(dāng)局部減薄比較淺或比較小時(shí)(G<0.007)，含局部減薄彎管失效方式為整體塑性屈服，內(nèi)拱先達(dá)到極限狀態(tài)，這種局部減薄彎管的極限內(nèi)壓與對(duì)應(yīng)無(wú)缺陷彎管基本相同。

5、有限元計(jì)算結(jié)果表明，不同的局部減薄，彎管的極限彎矩隨內(nèi)壓變化規(guī)律不同：a/b≤0.313時(shí)也隨內(nèi)壓的增加始終減?。篴/b>0.313時(shí)，隨著內(nèi)壓的增加出現(xiàn)先增加后減小的現(xiàn)象。
　　 (4)本研究自行設(shè)計(jì)了組合載荷作用下彎管極限載荷的試驗(yàn)系統(tǒng)，首次進(jìn)行了內(nèi)壓與彎矩聯(lián)合作用下彎管的極限載荷測(cè)試。試驗(yàn)結(jié)果與有限元法的計(jì)算結(jié)果基本一致。表明彎管的有限元建模是正確的，用有限元方法計(jì)算彎管塑性極限載荷是可行的。由有限元計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)擬合了含局