大口径聚乙烯供水管抢修节有限元分析

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1、第28卷第12期甘肃科技r0Z．28Ⅳ0．122012年6月GansuScienceandTechnologyJun．20l2大口径聚乙烯供水管抢修节有限元分析赵赘，刘雨诗，赵肖欣(1．兰州市政工程管理处，甘肃兰州730000；2．兰州建设工程交易中心，甘肃兰州730000；3．兰州威立雅水务(集团)有限责任公司，甘肃兰州730060)摘要：有限元分析方法已逐渐渗透在我国生产和生活中，有限元分析能够提供直观准确的结果。结合聚乙烯供水管抢修过程的具体工况，利用有限元方法，针对聚乙烯管抢修节的应用特点进行了分析，并以理论计算作为验证

2、，为聚乙烯供水管抢修节的设计和施工提供～定的参考。关键词：大口径；聚乙烯供水管；抢修节；有限元中图分类号：TU991．36城市供水管道是保障市民正常生活和社会经济从而有利于对工程方案进行优化。发展的市政基础设施，它的建设是城市输水系统的常规的力学计算只能针对结构相对简单的问重要组成部分。保证供水管道的稳定工作，是供水题，或者将相对较复杂的问题简化计算，对于计算复企业的工作重心。由于供水条件的变化、供水管材杂的结构问题有局限性。而有限元法将复杂的物理的老化以及意外事故，会导致供水管道的破坏，为避模型进行数学离散化，充分反映结构之间

3、相互作用免断水造成的损失，抢修破裂供水管道必须及时高的影响。效。聚乙烯供水管抢修节能够快速的对破裂管道堵2聚乙烯供水管破裂抢修漏，由于承受内部水压，因此可看作内压容器分析设与传统供水管材相比，聚乙烯供水管具有化学计。聚乙烯供水管抢修节螺栓固定位置的受力情况稳定性好、耐腐蚀、重量轻、抗冲击以及抗震性能好。相对复杂，依靠力学理论计算不能全面精确反映应近年来聚乙烯给水管在给水工程中的应用增长迅力分布，故本文结合理论与有限元计算，对聚乙烯供猛，已成为给水工程的主选材料。但是聚乙烯管也水管抢修节受水压的应力和变形分布情况进行分有不耐高温、

4、暴晒，高温下管道纵向伸长率较大(接析。近3％，是钢管的十几倍)，金属探测仪无法定位，聚乙烯管件价格高，故障后维修成本较高等缺点。在l有限元法特点设计、施工中应积极采取措施应对J。有限元法(FiniteElementMethod)是利用计算由于聚乙烯供水管的刚度相对较小，在水压较机进行的一种数值近似计算分析方法，它是通过对低的情况下，受静水压力以及自重的影响，聚乙烯供连续问题进行有限数目的单元离散来近似的，是分水管会在径向发生变形，甚至导致管道难以对接；通析复杂结构和复杂问题的一种强有力的分析工径超过400mm的大口径变形情况更为

5、明显。在发具。生聚乙烯供水管破裂的情况下，裂纹周围变形量大有限元法与其他常规力学方法相比，具有许多难以对接维修，因此需要有抢修节对聚乙烯供水管优越性l2J：进行堵漏。此外抢修节能提高聚乙烯供水管裂纹位1)可以分析形状复杂的、非均质的各种实际的置的刚度，防止由于管体变形产生的缝隙造成二次工程结构；泄漏。2)可在计算中模拟复杂的材料结构关系、载荷聚乙烯供水管抢修节一般由金属材料制成，抢和条件；修节的壁厚以满足强度要求为前提，因此需要对抢3)可以进行结构的动力分析；修节的强度进行设计分析。如果抢修节的壁厚过4)由于前处理和后处理技术的

6、发展，可以进行小，则会导致按全性降低，可能在水压较高的情况下大量方案的比较分析，并迅速用图形表示计算结果，破裂，达不到抢修管道的目的。108甘肃科技第28卷格加粗。采用四面体网格结构，得到155790个节3聚乙烯供水管抢修节理论计算点，83451个实体单元，21279个接触单元。聚乙烯供水管抢修节属于带压钢制容器，因此，由于在抢修过程中，管壁破漏后抢修节直接在依据GB150—1998《钢制压力容器》的国家标准规破损位置的外壁封堵，因此抢修节内壁所受水压与定，对抢修节进行理论计算。管道内部水压相同，经抢修后的管道两侧水压保持抢修节

7、材料选用Q235A，这是因为Q235A韧性平衡，因此可以保证破损位置不再扩大。考虑管道和塑性较好，有一定的伸长率，可在一定程度上补偿最大的承压为1．6MPa，故在抢修节内腔表面，施加聚乙烯供水管的变形，以保证密封效果。具有良好1．6MPa的压力载荷。聚乙烯供水管抢修节的环向应力如图1所示，的焊接性能和热加工性。由于供水管网一般在常温抢修节外壁面环向应力值在45．601MPa左右。抢下工作，因此在常温下，Q235A的力学性能为：抗拉修节两侧靠近螺栓连接位置的应力值较高，为强度6：375～460MPa；屈服强度：≥235MPa；弹1

8、01．26MPa左右，未超过GB150—98规定Q235A的性模量E：220×10Pa；泊松比=0．3；密度P=许用应力1l3MPa。在这个位置产生较高应力的原7．85×10kg／mm。；许用应力[]=l13MPa。因在于，该位置的变形量相对较大，而两侧的螺栓固