基于ANSYS的腐蚀压力管道的应力分析.pdf

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1、研究与分析2012年第4期(总第120期)·机械研究与应用·基于ANSYS的腐蚀压力管道的应力分析魏同锋(渤海船舶职业学院材料工程系，辽宁葫芦岛125000)摘要：应用有限元分析方法并结合压力管道分析设计标准，分析研究某输油管管道在受腐蚀情况下的承载能力和应力分布。通过腐蚀深度与强度标准的数据比对，得出腐蚀深度与达到较大塑性破坏的关系，为管道工程焊接和运营过程中裂纹与腐蚀应力破坏实际控制提供了理论依据。关键词：腐蚀；应力；ANSYS中图分类号：TH123．4文献标识码：A文章编号：1007—4414(2012)o4一oo60—02Stressanalysisofcorrod

2、edpipelinesbasedonANSYSWeiTbng—feng(Materialengineeringaepa,~nt，Bohaishipbuildingvocationalcollege，HuludaoLiaoning125000，China)Abstract：Thecarryingcapacityandstressdistributionoperationsofpipesunderthecorrosionareanalyzedandstudiedbasedonfiniteelementmethodcombinedwithpressurepipinganalysi

3、sanddesigncriteria．ThroughtheeomparationwiththeCO1TO．siondepthandintensityofstandarddata，therelationbetweencorrosiondepthandlargerplasticcollapsearegotforthepipe．1ineduringweldingandstresscracksandcorrosiondamage，andatheoreticalbasisisprovidedforefectivecontro1．Keywords：corrosion；stress；AN

4、SYS1引言=8／213=0．038，属于薄壳，故可按单层薄壳圆筒进油气管道基本采用碳素钢无缝钢管、直缝电阻焊行理论计算，公式如下：钢管和螺旋焊缝钢管J。管道的敷设一般采用地or=P(D+t)／2t(1)上架空或埋地两种方式，无论采用那种方式，当金属式中：t为筒壁有效厚度，mm；D为圆筒内径，mm；P管道和周围介质接触时，会因发生化学作用或电化学为计算压力，MPa；or为设计温度下圆筒的环向应力，作用而引起其表面锈蚀，该现象十分普遍。金属管道MPa遭到腐蚀后，在外形、色泽以及机械性能等方面都将发生变化，影响所输油品的质量，缩短输油管道的使用寿命，严重会造成泄漏污染环境，甚至

5、无法使用。因金属腐蚀而引起的损失也很大，因此对受腐蚀管道进行分析和评价有着十分重要的意义。图1无裂缝有限元模型和网格划分2有限元模型东北某输油管道外径426mm，壁厚为8ram，管道材质为16MnR，屈服强度355．6MPa，泊松比取0．3，代人数据计算得：弹性模量取2x10MPa。=P(D+t)／2t=4．5(410+8)／2／8=117．56(MPa)2．1有限元模型和网格划分一般管道输送油气含有腐蚀性介质时将会使管(2)有限元计算结果有限元计算结果如表1道内壁产生均匀腐蚀或沿轴向产生沟槽。因此几何和图2所示。模型可简化为平面应变问题，本文采用平面板单元(3)误差计算误

6、差A=(117．87—117．56)／plane42进行模拟分析J。无裂缝模型和网格划分如117．56=0．0026<1％，误差在工程允许的范围之内，因此有限元模型和网格划分是合理的。图1所示。2．2单元网格选取正确性验证2．3沟槽状腐蚀有限元模拟腐蚀深度分别为1mm、1．5mm、2mm、2．5mm、(1)理论计算工程上一般把t／R≤1／10的壳3mm时模型计算结果等效应力云图分别如图3—7体归为薄壳，对于外径426mm、壁厚8ram的管道，t／R所示。收稿日期：2012—06—29作者简介：魏同锋(1982一)，男，山东临沂人，讲师，主要从事材料工程方面的教学和科研工作。

7、·60··杌初研究与应用·2012年第4期(总第120期)研究与分析表1无腐蚀模型主应力最大值与最小值图2无腐蚀模型计算图3腐蚀深度1mm图6腐蚀深度2-5mm图7腐蚀深度3mm结果显示在腐蚀处沿环向设置路径，将应力线性化分解，应力和腐蚀量对应关系如表2和图8所示。由上面管道应力和腐蚀深度对应关系表格和曲线图形可以看出，当局部腐蚀深度达到1．5mm时，管道一次薄膜应力为225．9MPa，已经超过了强度标准值，此时管道发生较大的弹性变形甚至延性破坏，当腐蚀深度达到2．5mm时，一次薄膜应力加一次弯曲应力为329．1M