大型厚壁等径三通极限压力与爆破压力的研究

发布时间：2020-01-24 11:16

【摘要】：三通是管道系统中的常用管件,而大型厚壁等径焊接三通至今还没有相应的设计、制造标准。由于等径三通开孔直径大,几何结构不连续,其主、支管相贯区的应力分布复杂,难以按照常规设计方法进行设计。因此,研究这种大型厚壁等径焊接三通相贯部位的应力分布规律、应力集中程度、极限压力及爆破压力,对于高压管件的设计是非常必要的。本文通过试验和三维非线性有限元分析方法,研究了内压作用下等径焊接三通结构,得到了该结构的塑性失效规律、极限压力、爆破压力及爆破失效位置。通过上述研究得出以下主要结论: (1)确定结构在内压作用下的极限承载能力、爆破压力及爆破失效位置,三维非线性有限元方法是一种可行的方法。今后类似课题的研究中,可以用有限元分析法代替昂贵的试验方法。 (2)厚壁等径三通管件的危险截面为主管的横向平面。当管壁材料发生屈服后,则该截面的主管底部总体薄膜应力区是最危险区域,三通管件的爆破口位于此区域。 (3)采用堆焊方式加宽焊道的大型厚壁等径三通管件的应力在焊道中心附近最小,然后向焊道边缘逐渐增大。由于堆焊方式使三通不连续的结构实现了较平滑的过渡,对三通管件有补强作用,因此,工程上一般可不对此类三通另作加厚或其它补强措施。 (4)使用载荷-应变曲线估计结构的爆破压力更为合理,爆破压力可以定义为dP dε=0时对应的载荷值。该值在三维非线性有限元分析中,可用牛顿-拉普森法计算得到。 (5)本文通过有限元计算,获得了覆盖面较广的塑性极限内压和爆破压力数据,从而通过理论分析拟合得出了计算等径焊制三通塑性极限内压和爆破压力的工程估算式。
【图文】：

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图 1-1 等径三通示意图1.2 三通塑性极限压力研究现状对于三通结构的设计，在 ASME 锅炉及压力容器设计规范中一般采用分析设计的，该设计方法认为，结构的某一局部进入塑性屈服时并不导致破坏，只有当结构整达到屈服，才最终达到失效状态。与常规设计相比，极限分析更能反映结构状态的，，并可进一步挖掘材料的潜力。通过极限分析，一方面，设计者能够避免应力分析难，得到评定结构是否安全的更加精确的结果。另一方面，当整体或局部薄膜应力足规范要求时，直接对结构进行极限分析，可对结构是否安全做出最后评定。可见结构的极限载荷分析在工程上具有非常重要的作用，因此如何高效准确地确定结构载荷，一直是工程师们致力解决的问题。三通是不规则的几何异形体，主、支管相贯，相当于在圆柱壳上开径向孔，因而的问题实质就是圆柱壳开孔接管的问题。至今大开孔接管设计仍然是工程界的一大

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8图 1-2 极限载荷确定准则（3）塑性模量准则Schroeder[28]针对双切线方法的不足之处，提出了一个确定塑性极限载荷的塑性模量法，即kkEEpp= 。式中，pk-塑性斜率；k-弹性斜率；pE-塑性流动模量；E-弹性模量。塑性极限载荷可由pk和 k 两条切线交点对应的载荷确定。由于结构的 ωP-曲线的
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TH49

【参考文献】