高强度管道局部屈曲研究进展状况

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1、学兔兔www.xuetutu.com第11期一5一高强度管道局部屈曲研究进展状况金忠礼，帅健，许葵，高醅慧(中国石油大学(北京)机械与储运工程学院，北京102249)[摘要]随着管道应用工程对输送要求的提高，对管道的性能提出了更高的要求。文章对高强度管道局部屈曲这一失效形式，从理论研究、实验研究、有限元模拟这三个方面对目前国内外高强度管道局部屈曲的研究情况进行了概述。丈章认为目前针对高强度管道局部屈曲的研究总体上还不够成熟，需要更加深入的研究。[关键词]高强度管道；局部屈曲；有限元模拟；实验研究；理论分析；概述由于管道应用中长距离、大口径、高压输送题。ABAQUS软件是国

2、际流行的大型通用有限元等技术要求的提出，大力发展高强度管道成为工分析软件，在屈曲分析中，特别是涉及到非线性程的需要[1-3]。管道铺设地区发生的地质运动如和动态问题时，求解偏微分方程的难度比较大，地震、滑坡、冻胀以及解冻等现象对于管道设计而利用ABAQUS中的结构屈曲分析技术能有效的科学性、经济性以及安全性提出了更高要求，地进行屈曲模拟。管道的初始几何缺陷、材料属迫切要求对高强度管道的性能进行更加深入的研性、环形焊缝以及材料与几何的相关参数甚至边究。界条件都可以通过有限元方法进行模拟。管道的失效方式主要包括稳定性失效、屈服许多学者讨论了有限元(FEA)模型模拟管道在强度失

3、效、疲劳失效以及断裂失效。其中所谓的端部弯矩、内压以及轴向力的复合作用下的局部稳定性失效即为管道的屈曲。管道的屈曲包括管屈曲效应。~ttlZimmerman等人⋯曾经就进行过道的局部屈曲(管壁屈曲)和整体屈曲[4】。由于管一个详细的试验装置以及程序研究。本章对采用道具有的薄壁、细长结构特性，在其受力和变形ABAQUS进行高强度管道局部屈曲模拟研究中的条件稍有恶化的情况下，很容易产生屈曲破坏[5】。相关情况进行简要概述。在复合载荷作用下的管道局部屈曲现象是其中的1．1网格划分一个关键问题。包括管道直径、壁厚、长度、初有限元建模过程其实就是通过有限数目的单始几何缺陷、内部压力

4、、轴向载荷、材料属性、元分段模拟理想管道的连续反应，网格划分技术管道制造方法、焊接过程以及管道的应变硬化材建立了数值模拟中结构系统能量与载荷之间的对料特性等主要参数[1．6

5、7】。研究基于高强度管道的局应关系。因此，采用什么样的网格进行模拟研究部屈曲现象的设计与检验标准，在大量的常规管对于结果的准确性有着重要作用。道行业研究成果中并不成熟。综上所述，对于高Doreyt]~NAliFatemi[】等人的研究表明，当强度管道局部屈曲响应的实验和数值研究是符合整个管道在统一的网格划分下，管道屈曲部位一当前的研究需求的[。。般发生在管道中部，但是当采用分级网格划分法本文通过对国内

6、外大量相关文献的研读，从时，管道局部屈曲发生在粗细网格的交界处，而理论研究、实验研究、有限元模拟三方面对目前且网格粗细界面在纵向位置上的分布对屈曲幅度高强度管道局部屈曲研究状况进行了概述。以及屈曲形态具有一定的影响。早些年管道局部1有限元模拟屈曲响应有限元模拟研究受到了理论知识以及技计算机技术和计算方法的发展，为复杂的术的限制，大部分网格划分采用对称结构或是粗工程问题采用离散化的数值计算提供了可能。目前工程技术领域中应用最广泛的数值模拟方法为作者简介：金忠礼(1988一)，男，河北张家口人，中国石油有限元法，它可以成功解决工程中的结构分析问大学(北京)机械与储运工程学院2

7、012级在读硕士生，研究方向为管道力学及有限元模拟。学兔兔www.xuetutu.com6一■论文广场石20油14和年化第工设备17卷细网格相结合的分级划分技术来解决有限元模拟管道。过程中的收敛性问题。使用分级划分网格的解AliFatemi~WShawnKenny等人比较了L／D比率决方案可能会影响预测管道的后屈曲响应，而且为3．5和12的两个模型的局部瞬间曲率和椭圆度。网格过渡的界面往往会有一个缺陷或不连续的应研究表明，3．5D模型比相应的12D模型的局部弯力场。随着理论知识以及技术的发展，近些年一矩容量以及极限应变弯矩要d"0．85~U0．78。管道椭些相对较好的网格

8、划分技术被应用于有限元模拟圆化速度12L／D的管道相LL3．5L／D的管道要大2．5中【l，2，。倍。AliFatemi等人认为是由于管道端部的约束作因此，国内外对于管道屈曲网格划分的研用引发局部屈曲不稳定，在曲率大小较低的情况究表明，正确使用分级偏分网格必须建立在对管下限制了管道的应变。道局部屈曲数值模拟程序正确性的充分验证基础管道建模中L／D比率的研究分析对管道的局部上。当管道的屈曲响应模式己知或对于管道存在屈曲响应研究提供了很有价值的参考，说明了当的影响几何条件／边界条件／参数分析因素确定时，前的行业惯例中使用短长度管道