埋地城市燃气管道三通失效有限元分析

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1、第43卷第2期当代化工Vo]．43．N0．22014年2月ContemporaryChemicalIndustryFebruary，2014埋地城市燃气管道三通失效有限元分析刘柯，邵大伟(沈阳市特种设备检测研究院，辽宁沈阳I10000)摘要：采用塑性有限元分析软件ANSYS，研究了操作内压和极限面外弯矩作用下埋地城市燃气管道无缺陷■通和外壁局部减薄三通的塑性失效模式。考虑几何非线性和材料非线性，分析了无缺陷三通、缺陷位于主管底部、主管腹部以及主管肩部时三通失效模式，根据三通上应力分布云图，对模型

2、的塑性失效进行了预测，研究结果可为埋地燃气管道通结构设计和安全评定提供理论依据和数值参考。关键词：塑性有限元法；通；面外弯矩；失效模式中图分类号：TE832文献标识码：A文章编号：1671—0460(2014)02—0274—03StressAnalysisinThree-wayPipeofBuriedCityGasPipelineBasedonFiniteElementLIUKe，sHA0Da．wei(ShenyangInstituteofSpecialEquipmentInspection&

3、Research．LiaoningShenyang110000．China)Abstract：Inthispaper,ANSYS，plasticfiniteelementanalysissoftwarewasusedtoevaluatetheplasticfailuremodeforthethree·-waypipewithoutdefectsandwithlocalwall·thinningunderinternalpressureandlimitout-·of-planemoment．Tak

4、inggeometricalnonlinearityandmaterialnonlinearityintoconsideration，failuremodesforthethree—waypipewithoutdefectsandwithdefectsinthebottom，abdomenorshoulderofthethree-waypipewereinvestigated．Accordingtothestressdistributionnephogramofthethree—waypipe，

5、plasticfailureofthemodelwasforecasted．Theresearchresultscanprovidetheoreticalbasesforthestructuraldesignofburiedcitygaspipelineandsafetyassessmentofthree—waypipe．Keywords：Plasticfiniteelementmethod；Three-waypipe；Out··of-planemoment；Failuremode压力管道广泛应

6、用于石油、城市天然气、化工、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件，由世核能源等工业领域，担负着输送易燃、易爆、腐蚀、界上最大的有限元分析软件公司美国ANSYS公司有毒及放射性介质的重要任务，在国民经济中占有开发。重要地位。三通管件是城市燃气管道系统中的重要ANSYS软件可广泛应用于核T业、石化、机械、元件，与直管相比，三通的形状更加复杂，由于拐电子、土木工程等一般T业及科学研究。它能与多角、不等壁厚等几何不连续及开孔等原因，造成了数CAD软件如Pro／Engineer、NASTRAN、Auto

7、CAD很大的应力集中，使得即使在工作压力下，三通相软件等实现数据共享和交换。贯区也有可能产生局部的屈服。本文就使用ANSYS软件采用塑性失效有限元，同时，在管道运行中，由于腐蚀、冲蚀、机械考虑材料非线性和集合非线性，对钢制三通管件受损伤以及对表面裂纹打磨等会引起管壁产生局部减内压和极限弯矩作用下失效模式的相关问题加以探薄缺陷。这类体积型缺陷的存在，会降低管道的承讨，介绍使用ANSYS软件进行结构分析的思路、载能力，诱发破坏事故的产生，影响管道的完整性基本步骤及三通失效模式评价方法。及安全运行。因

8、此对三通的完整性研究是非常重要1三通有限元分析的。管道最常见的失效形式是塑性失效，现有的管道失效评价规范ASMEB31G一2009⋯、加拿大管道规1．1有限元模型的建立范CSA—Z184一M86都是针对内压作用下直管管壁三通管件公称尺寸为DN377mmx377mmx的局部减薄，对三通的局部减薄的安全评定没有作254mm，主管内径为377mm，支管内径为254mm，出规定。管道材质为L245MB管线钢，壁厚为6mm，埋深ANSYS软件是融结构、流体、热、电场、磁场、1．7m，在建模时考虑到几何结构