含局部减薄弯管的塑性极限载荷有限元分析

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1、山东建筑大学硕士学位论文摘要压力管道系统是工业生产装置的重要组成部分，它同压力容器一样都是具有爆炸危险的特种承压设备，在石油、化工、航海、航空和核工业、能源、冶金、医药等工业领域及城市燃气、供热系统中，担负着输送易燃、易爆、高温、腐蚀、有毒等介质的重要任务，其完整性直接关系到生产的顺利进行和人民生命财产的安全。压力管道一旦发生泄漏或断裂将有可能引发爆炸、燃烧、中毒等重大事故，不仅会造成巨大的经济损失，破坏社会生产，严重的还会威胁人员的生命安全，甚至破坏生态环境。在众多的管道爆炸事故中，有相当多的事故是由弯管引起

2、的。弯管是压力管道输送网络中不可缺少的重要部件，用于改变管线方向。由于流体流经管道转弯处对弯管凸边管壁造成较大冲击以及介质对弯管管壁冲$1t弓l起的减薄及腐蚀性介质对管壁腐蚀产生的凹坑，为泄漏及爆破等管道事故埋下了隐患。为了保证管道安全、高效的运行，必须对弯管的承载能力加以研究，从而为弯管的安全评估提供有力的依据。为了充分发挥管道的承载能力，在保证系统安全运行的前提下，可以适当放宽对管道内应力的限制，以达到延长使用周期、降低维护费用的目的。弯管一般采用韧性较好的碳钢或不锈钢制成，且壁厚远小于压力容器的壁厚，工程

3、实践经验表明，其失效破坏常常是极限载荷控制，在安全评定中，含局部减薄弯管的塑性极限载荷是一个必不可少的重要参量，因此极限载荷对于在用压力管道安全性能评估具有重要的参考价值。本文采用有限元分析的方法，对内压、弯矩作用下无缺陷弯管和含局部减薄弯管的塑性极限载荷进行了研究，详细地研究了单一内压、单一弯矩作用时局部减薄缺陷对弯管塑性极限载荷的影响，以期对弯管局部减薄的工程评定提供有力的依据。本文的主要研究内容和结论如下：L建立了无缺陷及含局部减薄弯管的三维有限元计算模型，给出了适合本课题需要的有限元前处理及计算程序。2

4、．考虑相连直管的加强作用，得到不同尺寸无缺陷弯管在内压作用下塑性极限载荷的有限元解，在此基础上给出了形式简单且具有更高精度的塑性极限载荷估算公式。3．对含局部减薄弯管塑性极限载荷的影响因素进行化简，完成了内压作用时大量不同减薄尺寸弯管的塑性极限载荷计算，研究了局部减薄弯管的塑性极限载荷随主要影响因素的变化规律，提出了局部减薄弯管的失效模式，并在有限元解的基础上拟合得出含山东建筑大学硕士学位论文局部减薄弯管的塑性极限载荷计算公式。4．考虑相连直管的加强作用，研究受平面内弯矩作用时无缺陷弯管和含局部减薄弯管的应力分

5、布，以及弯管塑性极限载荷随几何尺寸变化的规律，并得出其工程估算式。关键词：局部减薄，弯管，塑性极限载荷，有限元分析Il山东建筑大学硕士学位论文FiniteElementAnalysisForPlasticLimitLoadofTheLocalThinningcurvedpipeZhengDerong(MaterialsProcessingEngineering)DirectedbyLuXiaoyangABSTRACTPressurepipingsystemisallimportantpartinindustri

6、alequipment．Itisspecialpressureequipmentlikepressurevesselinthattheybothhavetheriskofexplosion．Pressurepipesareespeciallyimportantintransmittingflammable，explosive，high-temperature，corrosive，poisonousmediuminvariousindustriessuchaspetrol，chemistry,navigation

7、，aviation，nuclear,energy,metallurgy,medicine，aswell鸽inmunicipalgassupplyandheatingsystem．Theperfectionofpressurepipingsystemisdirectlyrelevanttothepublicsecurityandsmoothproductionprocess．AnyleakageorbreakpOimmayleadt0disasterlikeexplosion,fireortoxicaandcau

8、seconsiderableeconomicloss．harmproductionorevenendangerhumanlivesordamageenvironment．Alargenumberofallthepipingexplosioneventswerecausedbycurvedpipesfailure．Curvedpipeisanindispensablepartinpres