含局部减薄弯管的塑性极限载荷分析

通过对有减薄缺陷弯管三维有限元模型的分析,研究了受内压弯矩联合作用时局部减薄缺陷与弯管塑性极限载荷的关系。局部减薄弯管的塑性极限载荷与减薄缺陷的形式有关,减薄的轴向尺寸、环向尺寸及深度对塑性极限载荷有不同的影响。弯矩与内压的比例对局部减薄弯管的塑性极限载荷也有影响。文中描述了局部减薄弯管的塑性极限载荷的变化规律及在不同情况下局部减薄弯管的失效模式.     

复杂载荷下含体积性缺陷弯管的塑性极限载荷

通过非线性有限元分析给出了含体积性缺陷弯管在内压、面内弯矩、面外弯矩和扭矩作用下的塑性极限载荷。对与体积型缺陷（长轴、短轴和深度)和管线（外径、壁厚和弯曲半径）有关的几何变量进行了系统的分析,并考虑了内压和面内弯矩、面外弯矩和扭矩的组合。结果表明壁厚、缺陷深度和缺陷方向对极限载荷影响较大。     

局部减薄压力管道极限分析的弹性模量缩减法

为求解含局部减薄缺陷水电站压力管道的极限承载力,提出了该类管道极限分析的弹性模量缩减法。该方法定义了表征单元接近塑性屈服程度的无量纲参数—单元承载比,提出了动态识别局部减薄管道高承载区域阈值基准承载比的计算方法,建立了相应的弹性模量调整策略,可通过基于塑性极限分析原理的线弹性迭代求解含局部减薄压力管道的极限荷载。算例分析表明:本文方法具有良好的计算精度和适用性;21组缺陷结构的计算结果与弹塑性增量法(EPIA)误差均在8%以内;局部减薄轴向长度、深度和周向长度对极限荷载影响依次降低,减薄轴向长度无量纲参数A/R0t超过2.4将可能使极限内压降低45%以上。本文方法可为含缺陷管道结构极限分析和安全评估提供参考。     

不等厚性对弯头应力分布影响的有限元研究

弯头作为受压管道中的重要部件，不仅能改变管线的方向，还可以提高管路柔性，缓解管道振动和约束力，并对热膨胀起补偿作用。以往对弯头的研究只考虑壁厚均匀不变的情况，但是实际上弯头的壁厚是沿着弯曲半径变化的，并且弯头的截面也具有一定的椭圆度。通过对实际生产中弯头壁厚的调研，分别考察热推、冷弯工艺对弯头壁厚改变的影响。并应用有限元方法分析了冷弯弯头的应力状况，得出其最大应力发生点随着外拱处壁厚减薄量的增大而向外拱处转移。     

内压下含局部减薄缺陷三通的极限分析

有限元与数学规划相结合的方法在求解极限分析问题时会受到计算规模的限制,难以应用到实际工程问题中.该文引入了一种基于线弹性分析的求解复杂结构极限载荷上、下限的方法--弹性补偿法,同时结合三维有限元分析,求解内压下等径三通的极限载荷.通过与弹塑性分析结果比较发现,简单的弹性补偿法能够较好地评估复杂三维结构的塑性承载能力.计算结果表明,主管腹部的局部减薄缺陷对三通结构的极限承载能力影响最大.     

薄壁弯头塑性破坏的极限弯矩问题

引言 薄壁弯头承受平面弯曲时,在弹性范围内变形与载荷成一定比例增加。当最大应力点的强度折算应力达到屈服应力后,弯头的局部区域进入塑性范围,变形不再与外载成比例,单位外载增量所引起的变形增量越来越大。当弯头某个截面快要全部进入塑性范围时,微小的外载增量就会引起甚大的弯曲变形。而后,当该截面弯矩达到一定数值时,变形猛烈增加而不休止,弯头遭到塑性破坏。这一弯矩称为弯头的塑性破坏极限弯矩,以后简称为极限弯矩。极限弯矩值的大小对管道设计具有一定的参考价值。     

GM准则解析无缺陷弯管的塑性极限载荷

用GM(几何中线)屈服准则,对受内压作用无缺陷弯管进行塑性极限分析,求得极限载荷的解析解.该解为弯管壁厚t、平均半径r、曲率半径R0以及屈服强度的函数;极限载荷随着R0值的增大而增大,当R0→∞时,计算出的塑性极限载荷与直管的爆破压力相同.与Tresca,Mises和TSS屈服准则预测的极限载荷比较表明,Tresca屈服准则预测极限载荷的下限,TSS屈服准则预测极限载荷的上限,GM准则预测的极限载荷恰居二者中间,最明显的特点是该解具有与Mises准则几乎相同精度的求解结果.     

复杂载荷下弯管的极限载荷

考虑几何和材料的非线性相互作用,采用有限元方法研究复杂载荷下弯管的极限载荷。通过对比过去的研究成果,分析了内压、面内弯矩及其组合下的极限载荷规律。根据有限元结果,研究了直管强化及内压的强化对极限载荷的影响。最后提出了弯矩以及内压、弯矩联合作用下的极限压力、极限弯矩与弯管几何尺寸的定量关系。提出的计算公式扩大了弯曲系数λ的使用范围,反映了弯管强化作用。     

基于Workbench的输流弯管流固耦合分析

运用ANSYS Workbench软件建立不同弯曲半径的弯管模型,分析了弯曲半径对所受流体压力以及内部流速分布的影响,得到了弯曲半径和管道入口压强对固有频率和整体变形的关系。结果表明:弯曲半径对流速分布影响显著,弯头处内侧流速大,外侧流速小;弯曲半径对弯头后段内壁压力影响显著;弯头处内侧受压小,外侧受压大;弯曲半径对整体变形的影响较小,而管道入口压强对整体变形的影响大;管道2、3阶固有频率随着弯曲半径的增大有下降趋势,随着弯曲半径的增大4阶固有频率增大明显。     

开孔接管对卧式储罐承载能力的影响分析

压力容器上都不可避免地有开孔接管,从而可能影响容器的承载能力。该文采用有限元方法分析了一个带有接管卧式容器的外压临界载荷和内压极限载荷,并通过改变接管大小和接管壁厚来考察开孔接管的影响。研究发现:开孔接管并没有降低卧式容器的外压承载能力,但会降低设备的内压极限承载能力;壁厚相同时开孔接管的直径增大,对外压失稳临界压力几乎没有影响,但塑性极限载荷值会明显降低;开孔接管直径相同,壁厚增大,设备的外压临界载荷稍有增加,而塑性极限载荷明显提高。     

管道非对称双腐蚀缺陷相互作用极限间距

管道长期运行过程中会产生形态不一的腐蚀缺陷,相邻腐蚀缺陷间存在相互作用,从而影响管道的失效压力。然而,针对非对称腐蚀缺陷管道的相互作用极限间距尚还没有系统的研究。有鉴于此,本文采用有限元方法对含非对称双腐蚀缺陷管道相互作用极限间距进行研究。首先,验证了Benjamin爆破试验中多腐蚀缺陷有限元建模的可靠性。在此基础上,对轴向方向上长度非对称腐蚀缺陷和深度非对称腐蚀缺陷进行研究,同时对环向方向上长度非对称腐蚀缺陷和深度非对称腐蚀缺陷进行研究。研究结果表明：对于含非对称腐蚀缺陷的管道,SL=1.5(Dt)0.5^{与Sc=1.25(Dt)0.5为非对称双腐蚀缺陷相互作用的极限间距。}     

垫片含缺陷钢制螺栓法兰结构密封性仿真分析

以法兰-螺栓-垫片组成的螺栓法兰连接系统为研究对象,利用ABAQUS软件构建该模型中的连接件整体和各个部件,进行不同工况下,垫片有无缺陷时螺栓法兰连接系统紧密性的应力及接触分析.结果表明：螺栓预紧力、介质内压和外加弯矩载荷都会对螺栓法兰连接的密封性产生影响;当垫片存在缺陷时,缺陷的尺寸和存在的位置会改变垫片接触应力的分布,缺陷深度越大,密封效果越差.     

临界CO2 传输中水合物对弯管冲蚀规律分析

管道输送超临界CO2过程中,受含汽量条件影响而形成的CO2固体水合物颗粒会对管壁造成冲蚀.研究水合物颗粒在不同条件下对弯管管壁的冲蚀规律对CO2的安全输送有重要意义.利用COMSOL Multiphysics软件分析超临界CO2输送管道的弯管段的固液两相流的流场规律,研究不同流速、不同粒径、不同弯曲角度下固体水合物对管壁的冲蚀规律.结果 表明,流动速度和粒子粒径的增加会使固体水合物对管壁的冲蚀更严重,使冲蚀区域的分布位置往弯管外侧管壁集中;弯管角度发生变化时,碰撞时粒子的入射方向与壁面的夹角发生改变,造成了冲蚀区域和程度的不同,直角弯管更易受到水合物粒子的冲蚀破坏.     

电力系统潮流解分岔现象研究

本文分析了潮流方程的静态分岔问题,将ＬＳ约化方法与奇异性理论相结合,导出了潮流方程的ＧＳ范式;对潮流分岔点附近的局部性态进行了分析,证明了在潮流分岔点附近只有唯一的一条解曲线。     

稠油输送管道90°弯管的冲蚀模拟分析

为了研究重质稠油内砂粒对弯管的冲蚀作用,以90°弯管为研究对象,运用计算流体力学（computational fluid dynamics,CFD）软件建立液固耦合的离散相冲蚀模型（discrete phase model,DPM）,利用SIMPLEC算法计算得到不同温度、砂粒粒径及质量流率下重质稠油输送管道弯管处冲蚀速率的变化规律。结果表明,同一流动状态下,随着温度升高,重质稠油的黏度及90°弯管的冲蚀速率皆呈指数递减趋势,最大冲蚀点出现在弯管90°方向线与侧壁面中线交点处;湍流流态下,90°弯管的冲蚀速率随砂粒粒径的增大而减小,稠油的黏性力对大粒径砂粒的束缚作用明显,冲蚀速率较低;湍流流态下,冲蚀速率随砂粒质量流率增加而增大,近壁面处砂粒与稠油间形成的黏性微团层对质量流率增加所引起的冲蚀具有一定缓解作用。     

穿越公路输气管道力学性状影响因素研究

穿越道路管道在长距离输气管道中占有较大比例,而埋设在路面下的管道所承受的主要荷载之一就是车辆荷载,随着经济与交通运输业的迅猛发展,由车辆荷载引起的埋地管道的失效与破坏问题越来越严重.鉴于此,通过选取适当的材料本构关系、接触参数及车辆荷载模型,建立起车辆荷载作用下埋地输气管道的有限元模型并利用数值模拟和算例验证等方法,对车辆荷载作用下埋地输气管道的力学性状进行了分析和模拟.     

用奇异函数法求极限荷载

应用奇异函数法简化计算简支环板在局部线性分布荷载和边缘弯矩作用下的极限荷载,并给出两道算例,画出了极限荷载影响曲线．     

含腐蚀缺陷管道拉伸应变能力预测模型研究

在埋地管道的基于应变设计和评估中,准确和可靠的拉伸应变能力(TSC)预测至关重要。国际管道研究理事会和可靠能源系统中心等研究机构提出的多种TSC预测模型均不适用于具有腐蚀缺陷的管道。鉴于此,本文基于经全尺寸管道拉伸实验验证的广泛参数有限元分析,提出了一种适用于腐蚀管道的TSC预测模型。在所提出的模型中,根据TSC与影响参数之间的相关关系,构建了一个缺陷几何因子函数以描述腐蚀缺陷尺寸(缺陷深度、宽度和长度)对拉伸应变能力的影响。通过非线性回归分析和误差分析验证了所提出模型的准确性和可靠性。结果表明：与有限元结果相比,所提出模型的平均预测误差为5.78%;与实验测试结果相比,模型的最小和最大预测误差分别为3.68%和24.51%;模型的预测范围可以满足应变设计地段腐蚀管道实际安全评估的需求。     

基于等效缺陷尺寸在役焊接安全性评价研究

采用有限元模拟软件SYSWELD对X70管线钢在役焊接瞬时温度场进行模拟,综合考虑焊接熔池尺寸及高温区金属强度损失,运用强度路径积分法对焊接熔池进行等效。将等效熔池看作是体积型缺陷,基于等效缺陷尺寸对在役焊接安全工作压力进行计算,进而对输气管道在役焊接安全性进行评价。结果表明:随着壁厚增大,安全工作压力增大,安全性增强;管径增大,安全工作压力减小,安全性降低,等效缺陷长度修正因子可削弱这种影响;气体介质条件下安全工作压力与饱和水介质相比较小,同时气体压力、流速对安全工作压力影响较小,在一定壁厚下用常规空气冷却条件下的等效缺陷尺寸进行安全性评价是保守的。