双向铰链式柔化管接头机械强度分析

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1、双向铰链式柔化管接头机械强度分析第1章绪论1.1引言管道接头技术是管道连接的重要环节，对管道的可靠性和安全性有着直接的影响。如果出现管道连接质量问题，往往会造成泄露，致使周围环境和人身安全受到威胁。如果管道内输送的物质为化学危险品，后果将更加不堪设想。因此，管接头技术要保证结构合理，密封性好。随着管道运输技术要求的不断提升，对管接头在复杂工况下的稳定性和安全性提出了更为严峻的考验。于此同时，管道运输中比重最大的油气管道运输领域发展迅猛，铺设总长由改革开放初期1978年的0.82万公里增长至截至2008年的5.　　双向铰链式柔化管接头机械强度分析第1章绪论1.1引言管道接

2、头技术是管道连接的重要环节，对管道的可靠性和安全性有着直接的影响。如果出现管道连接质量问题，往往会造成泄露，致使周围环境和人身安全受到威胁。如果管道内输送的物质为化学危险品，后果将更加不堪设想。因此，管接头技术要保证结构合理，密封性好。随着管道运输技术要求的不断提升，对管接头在复杂工况下的稳定性和安全性提出了更为严峻的考验。于此同时，管道运输中比重最大的油气管道运输领域发展迅猛，铺设总长由改革开放初期1978年的0.82万公里增长至截至2008年的5.83万公里，且增幅逐年增高，如表1.1所示。螺纹接头是指带螺纹的管道连接件。螺纹接头使管道的连接变得更简取，拆卸更换也更

3、容易，大大节省了管道连接的成本。其主要特点是应用范围广，性能稳定，连接速度快，接头强度高，结构如图1.3所示。然而螺纹接头却又有不耐压，易腐蚀点。果螺纹不能较好的稱合，管道的密封性能将变得较差，加上管内流体的内压作用，极易发生泄漏。与此同时，不同工况下的预紧力难以较好掌握。预紧力不足会产生间隙和泄漏，预紧力过大则会导致应力变形和断裂。形状记忆合金接头的发明和使用要追溯到60年代末。其原理是在低温下使记忆合金材料产生塑性变形，升温至某一温度时，材料会恢复到原来的形状。如阁1.4所示。利用记忆合金材料的这一特点对接头进行密封处理，使得接触界面得到强化，连接紧固，密封性好。形

4、状记忆合金接头还有连接速度快，工作效率高的特点。然而，形状记忆合金接头有一定的局限性。首先，该项技术的材料选抒尚未成熟，各国都在摸索且现有产价格吊贵。形状记忆合金接头对工作环境要求较为苟刻，尤其是对温度要求较高。不能在极寒极热条件下稳定的工作，且无法适应如高温高流体等特殊工况。以材料力学、薄壳力学和弹塑性力学为基础，对双向铰链式柔性管接头的力学原理进行分析。将实际工况下的管接头进行工程近似和简化，并设计出简化模型。通过理论研究计算，结合国家标准，得出管接头各项重要参数，为后面的分析打下基础。数据建模以pro/e为工具，建立三维模型，确定管接头的结构参数，绘制管接头的三维

5、、二维结构图，获得计算模拟所需要的数据。有限元分析以ABAQUS和ANSYS为工具，利用有限元分析软件进一步结构优化和改进，并模拟仿真得出链接失效时的相关参数的临界值以及在不同内条件下，得到管接头的应力场、应变等云图。第2章双向绞链式柔性管接头的力学原理我国城市供水管的使用现状：主要采用键梓管，直径主要有DN15,DN20DN25,DN32,DN50,DN65,DN80,Ml00，DN200,DN300,DN500和DN800等。输水干管的设计技术要求：直径100睡以上，大城市200nim以上，污水管最小200酬，雨水管最小300mm。本算例设计管接头以DN500为参照

6、，即直径为500mm的锁锌水管，管接头以DN500连接来计算其余参数。内径500mm的供水管道结构及尺寸参照表2.1。为使管接头和水管匹配，设计管接头接口内径为500mm,内筒内径也为500mm。内筒壁后25mm。堵块结构参考国标法兰设计，采用20孔六角螺栓。DN500法兰尺寸如表2.2所示。同理，接口处法兰结构参照表2.2,采用20-26六角螺栓。为避免应力集中，其余阶梯尺寸设计按照壁厚25mm。2.2双向铰链式柔性管接头设计方案的优点2.2.1.轴向可伸缩性民用水管通常会受到土壤腐烛，雨水侵独，自然灾害和铸造缺陷等影响，会出现修理和更换的现象。由于铸件的统一尺和测量

7、误差，无法适应变化工况。会出现替换管路和被替换管路之间的误差达到几十甚至一百毫米。如果已拆的管路无法更换，强行连接会造成法兰密封不紧，同吋产生内应力，这都会影响管道的正常工作和稳定性，造成漏水或者加速损坏。轴向仲缩性原理如图2.3所示，在承受轴向拉伸应力，产生轴向如箭头所示位移吋，内简设计最大可伸缩150mm，连接时可预先调节到合适长度，然后固定法兰。此设计可缩短每组管接头的更换时问，平吋的2h左右缩短到0.5h。与此同吋，提高了施工安全系数，减少检修管路。更重要的是在完成安装后，还可自动微调伸缩长度，有效抵消整条管路的内应力。第3章双向