含局部減薄缺陷彎管的極限載荷與安全性分析.pdf

1、彎管是管道系統(tǒng)的主要構件，它不僅能改變管線的方向，并且通過彈性變形吸收系統(tǒng)中由于熱膨脹等因素產生的力和彎矩，因此彎管在受壓管道系統(tǒng)中受載復雜，是系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)。局部減薄是彎管中常見的缺陷之一，但國內外對此類缺陷的研究主要針對直管，對彎管局部減薄的研究較少，尤其在組合載荷聯(lián)合作用下彎管極限載荷研究更少。
　　 通過理論分析，推導了內壓載荷作用下橢圓截面彎管的應力分布和彎矩作用下彎管的應力分布。通過詳細的有限元計算，分析了在內壓、

2、彎矩、以及內壓與彎矩聯(lián)合作用下彎管極限載荷，考察了局部減薄對彎管極限承載能力的影響，并進行了含與不含局部減薄缺陷彎管的試驗研究，得到了以下研究結果：
　　 (1)通過理論分析，得出了內壓作用下橢圓截面彎管的應力分布。通過彎管應變分析并利用能量法推導了彎矩作用下彎管的軸向應力和環(huán)向應力解析式。利用彎管應力高次解計算，得出了最大環(huán)向應力系數和最大軸向應力系數的表達式，表達式擴大了原有計算方法的應用范圍，可適用于任何彎曲系數的彎管。<

3、br>　　 (2)有限元計算表明，彎管的塑性極限內壓隨其壁厚增加而增加，并隨彎曲半徑的增加而增加，極限內壓與壁厚近似成線性關系。平面彎矩作用下，無論是張開彎矩還是閉合彎矩作用下，彎管的塑性極限載荷隨著彎管壁厚增加而增加，并隨彎曲系數的增加而增加。在彎管材料和幾何尺寸相同情況下，承受的極限平面張開彎矩比極限平面閉合彎矩大。隨著壁厚增加，此差異逐漸變??；隨著相對彎曲半徑增加，此差異也逐漸變小。平面彎矩作用下，彎管橫截面發(fā)生橢圓化變形。張開

4、彎矩和閉合彎矩下橫截面橢圓的長半軸相互垂直。內壓與彎矩聯(lián)合作用下，在施加內壓與極限內壓比小于0.469時，彎管的極限彎矩隨著內壓的增加而增加；在施加內壓與極限內壓比大于0.469時，極限彎矩隨內壓增大而減小。
　　 (3)有限元計算表明，對外拱內壁、外壁含局部減薄缺陷的彎管，當局部減薄比較淺或比較小時(G<0.007)，含局部減薄彎管失效方式為整體塑性屈服，內拱先達到極限狀態(tài)，這種局部減薄彎管的極限內壓與對應無缺陷彎管基本相同。

5、有限元計算結果表明，不同的局部減薄，彎管的極限彎矩隨內壓變化規(guī)律不同：a/b≤0.313時也隨內壓的增加始終減?。篴/b>0.313時，隨著內壓的增加出現(xiàn)先增加后減小的現(xiàn)象。
　　 (4)本研究自行設計了組合載荷作用下彎管極限載荷的試驗系統(tǒng)，首次進行了內壓與彎矩聯(lián)合作用下彎管的極限載荷測試。試驗結果與有限元法的計算結果基本一致。表明彎管的有限元建模是正確的，用有限元方法計算彎管塑性極限載荷是可行的。由有限元計算結果數據擬合了含局