王岩[1]2003年在《含局部减薄弯管塑性极限载荷工程计算方法研究》文中研究指明本文采用有限元分析的方法,在对纯内压和平面内弯矩作用下无缺陷弯管进行研究的基础上,详细地研究了单一内压、单一弯矩及不同比例内压弯矩联合作用时局部减薄缺陷对弯管塑性极限载荷的影响。本文的主要研究内容和结论如下:1. 建立了无缺陷及含局部减薄弯管的叁维有限元计算模型,编制出适 合本课题需要的有限元前处理及计算程序。2. 考虑相连直管的加强作用,得到不同尺寸无缺陷弯管在纯内压和平 面内弯矩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,完成了单一 内压、单一弯矩及内压弯矩联合载荷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局部减薄弯管的塑性极限载荷计算公式。4. 通过改变约束方式,研究约束条件对无缺陷弯管塑性极限载荷的影 响,得出本文提供的有限元解应用于管系是可行的。
张志豪[2]2017年在《大口径含椭球型凹坑缺陷弯管极限承载能力研究》文中研究表明腐蚀凹坑是石油天然气长输管道中常见缺陷之一。存在腐蚀凹坑的管道并未完全失去承载能力,此时对管道进行维修或更换,在一定程度上增加了经济成本。为充分利用管材性能,减低管道维修和更换频率,有必要对含腐蚀凹坑缺陷的管道进行精细的力学分析,以此得出管道的极限承载力。而弯管作为管道运输中必不可少的部分,在服役时受力更为复杂,作为为长输管道中的应力集中部位,出现凹坑缺陷会对管道安全增加风险。对弯管部分进行极限承载能力分析对于保障管道安全和减少经济损耗具有重要意义。论文以外径为1016mm和1219mm的两种管弯管,曲率半径为6D,材料为X80的90°弯管为研究对象,根据内压作用下管道的应力相关理论,与有限元模拟软件ABAQUS相结合,研究了含不同凹坑缺陷弯管的极限承载能力。论文对内压作用下管道的环向和轴向应力进行理论分析,选择了塑性失效准则和二倍弹性斜率法作为本文的极限载荷确定方法。运用ABAQUS软件对无缺陷弯管进行建模分析,与理论计算值对比分析,确定边界条件可靠性。采用相同边界条件对二十五个缺陷位置、六种缺陷深度、五种缺陷长度、四种缺陷宽度和叁种管道壁厚进行建模分析,共得到134个不同缺陷参数的极限载荷值,并研究了各项参数变化下的弯管极限载荷变化规律,对各项缺陷参数进行数值拟合。使用MATLAB软件对各项拟合公式与极限载荷数据进行非线性回归,得到了含缺陷弯管的极限载荷求解公式,并验证了其合理性。最后使用Visual Basic语言将整合公式编制成含缺陷及无缺陷弯管极限载荷计算软件,给实际工况的大口径弯管安全评定参考的作用,为管道的及时维修和更换提出建议。论文研究成果可以为同等工况下的管道运营决策和处理提供科学的指导意见,在保障安全的前提下,进一步发挥了管道材料的潜能,减少了不必要的经济损耗,同时也可以为大口径含缺陷弯管的完整性评价及剩余强度评价提供指导和借鉴意义。
李建, 周昌玉, 薛吉林[3]2015年在《含内局部减薄缺陷高温弯管蠕变极限载荷及其安全评定》文中研究说明根据P91材料高温等时应力应变本构关系,对高温含内局部减薄缺陷弯管的蠕变极限载荷进行了研究。研究表明,高温蠕变极限载荷在蠕变初期急剧下降,之后下降趋缓,该现象反映了高温下材料蠕变劣化过程。不同应变准则下蠕变极限载荷变化规律一致。根据有限元计算结果,提出了与蠕变时间无关的蠕变极限载荷计算方法,得到了含内局部减薄缺陷高温弯管的安全评定方法。
邓夕胜[4]2006年在《自增强超高压弯管的有限元分析》文中研究说明超高压弯管是超高压设备中常用的一种管路元件，超高压弯管质量的好坏和承载能力的高低将直接影响到整个管系的安全运行及使用寿命，为了提高其承载能力和疲劳寿命，最常用的方法就是运用自增强技术对服役前的设备进行超应变处理。利用ANSYS有限元软件建立了超高压弯管的有限元计算模型，分析了规格为φ×t=78×22，相对弯曲半径R／D=2—10范围内的超高压弯管，在内压作用下的周向弹性应力关于R／D的分布规律，得出了周向弹性应力的近似计算公式，确定了弯管的内侧内壁为其危险点，计算发现弯管在几何中心线处的应力与直管的计算结果极其接近。利用ANSYS自带的APDL命令流编制了塑性分析程序，利用该程序通过试算，发现超高压弯管的极限载荷与其外直径无关，而只与相对弯曲半径(R／D)和径比(K)有关，据此，通过对材料为34CrNi3MoA的25种不同R／D和K的弯管的有限元分析，得出了弯管基于第四强度理论的极限载荷关于K和R／D的工程计算式，通过比较发现近似程度较好，并分析了规格为φ×t=78×22，相对弯曲半径R／D=3的超高压弯管的塑性应力分布规律，得出其塑性应力和残余应力的近似计算公式。超高压弯管的失效形式有静强度失效和疲劳强度失效两种，对于以静强度失效为主的超高压弯管，应用第叁强度理论和等强度原理计算了该弯管基于静强度的最佳超应变压力。对于以疲劳失效为主的超高压弯管设备用等效相当应力幅的概念计算了基于疲劳强度的最佳超应变压力。通过超应变处理的超高压弯管其静强度和疲劳寿命均得到较大的提高。
陈小辉[5]2013年在《循环载荷作用下压力管道棘轮效应及安定性研究》文中研究表明核电站在运行期间，核反应堆的压力容器和管道会承受内压、循环热载荷及振动等各种复杂载荷工况，这些工况会导致材料或结构发生棘轮效应，缩减材料或结构的疲劳寿命，严重影响压力容器和管道的安全可靠性。为了保障核电压力管道安全运行，并为管道棘轮变形设计规范制定积累基础数据，本文针对压水堆一回路辅助管道用材Z2CND18.12N奥氏体不锈钢，从材料循环本构模型，数值模拟及直管和弯管部件的棘轮变形试验等几个方面对棘轮效应进行了系统的研究。本项研究对核电压力管道的设计和运行具有重要的理论意义和工程应用价值。利用多轴疲劳试验机对内压直管、90o弯管在循环弯曲载荷作用下的棘轮效应进行了试验研究。试验结果表明，直管的棘轮应变主要发生在环向，而轴向棘轮应变相对较小，且棘轮应变沿直管轴向向两端扩展。对于弯管，棘轮应变发生在顶线、内缘线和内缘线与顶线的中间位置即45o位置的环向，轴向也存在一定的棘轮应变。内压直管和弯管在循环弯曲载荷作用下，无论是不同试件，还是同一试件的多载荷步试验发现，在相同内压下，棘轮应变率随着循环弯曲载荷增大而增加；在相同循环弯曲载荷下，棘轮应变率随着内压增大而增加。在多载荷步加载条件下，高载荷水平下产生棘轮应变后会降低后续低载荷水平的棘轮应变速率，这种影响十分明显。利用直管准叁点弯曲试验装置，确定了内压直管循环弯曲的棘轮边界。根据奥氏体不锈钢Z2CND18.12N的材料试验数据，考察确定了ANSYS中现有循环塑性本构模型和基于Chaboche模型的一系列修正模型的模型参数。将一系列修正Chaboche模型通过编写用户子程序USERPL.F嵌入到ANSYS软件中，很大程度上提高了材料和结构的多轴棘轮效应预测的准确性，同时将材料的各向同向硬化准则嵌入修正模型中，进一步提高了对管道棘轮变形的预测准确性。本文将材料循环硬化/软化特性的函数p和参数i的演化规律引入Ohno-Wang II模型和Armstrong-Frederic模型的迭加模型中，提出了一种新的本构模型，对材料和管道棘轮效应的预测有所改善。利用ANSYS程序及弹塑性分析对内压直管与弯管在循环弯曲载荷作用下的棘轮效应进行模拟，并比较各模型对直管、弯管棘轮应变的预测结果，发现Chen-Jiao-Kim模型预测结果与试验值能够较好地吻合。对于循环弯曲载荷作用下的内压直管和弯管，给出了按C-TDF方法确定的棘轮边界线，且将直管的棘轮边界与现有规范进行了比较，能够较好地界定安定区。利用Chen-Jiao-Kim模型对含局部壁厚减薄内压直管和弯管在循环弯曲载荷作用下的棘轮效应进行了预测，棘轮应变随着局部壁厚减薄缺陷深度、轴向及环向长度的改变而变化，这说明局部壁厚减薄对承受恒定内压循环对称弯曲管道的棘轮效应影响明显。利用Chaboche模型对25℃、150℃、250℃和350℃四种温度条件下内压直管和弯管在循环弯曲载荷作用下的棘轮效应进行了预测，发现棘轮应变随着温度的升高而增大，并利用C-TDF方法确定了直管和弯管在不同温度下的棘轮边界，发现无量纲棘轮边界与温度无关。另外，基于弹性补偿法和下限安定定理的极限载荷乘子m，提出了一种改进的安定性分析方法，确定了内压直管和弯管在循环弯曲载荷作用下的棘轮边界，与循环弹塑性有限元方法确定的棘轮边界相比，改进方法简便易行。
参考文献：
[1]. 含局部减薄弯管塑性极限载荷工程计算方法研究[D]. 王岩. 北京化工大学. 2003
[2]. 大口径含椭球型凹坑缺陷弯管极限承载能力研究[D]. 张志豪. 西南石油大学. 2017
[3]. 含内局部减薄缺陷高温弯管蠕变极限载荷及其安全评定[J]. 李建, 周昌玉, 薛吉林. 机械强度. 2015
[4]. 自增强超高压弯管的有限元分析[D]. 邓夕胜. 西南石油大学. 2006
[5]. 循环载荷作用下压力管道棘轮效应及安定性研究[D]. 陈小辉. 天津大学. 2013