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第 32 卷第 1 期北京化工大学学报 Vol. 32 , No. 1
2005 年 JOURNAL OF BEIJ IN G UNIVERSITY OF CHEMICAL TECHNOLO GY 2005
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含局部减薄弯管的塑性极限载荷分析2
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2 王岩孙亮范德顺
(1 北京化工大学机电工程学院, 北京 100029 ; 2 国家质量监督检验检疫总局锅炉压力容器检测中心, 北京 100013)
摘要: 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。
关键词: 局部减薄; 弯管; 塑性极限载荷; 有限元分析
中图分类号: TQ055 8
相关项目中。
引言
1 内压、弯矩联合作用下含局部减薄
压力管道在石油、化工等工业领域担负着输送
弯管塑性极限载荷的有限元分析
易燃、易爆、高温、腐蚀、有毒等介质的重要任务,它
是油气储运装置中不可缺少的重要组成部分。弯管 1 1 弯管部分实体模型
是用于管线改向的常用管道部件,与直管相比,往往实际的管弯头结构形式很多,本文研究常用的
存在壁厚不均匀及截面椭圆化等缺陷,而且弯管不 90°弯管,并假设为壁厚处处相等的理想状况。由于
仅承受内压载荷,还承受轴向力、弯曲及扭矩等多种实际局部减薄的形状是不规则的,本文采用底部等
载荷的作用,这些均增加了弯管发生塑性破坏的机深的矩形减薄形式来简化实际的局部减薄。文献
会,使其成为管道中的薄弱环节。在众多的管道事[3 ]指出:在纯内压作用下局部减薄位于弯管的内、
故中,有相当多的事故是由弯管引起的。外表面时,其极限压力几乎相同,且位于内表面时极
为了充分发挥管道的承载能力,现行的设计理限压力略大于位于外表面时,而局部减薄的轴向位
论允许管道发生局部的塑性变形,因此塑性极限载置对极限载荷影响不大。因此,本文确定所研究的
荷的研究计算对于压力管道的设计和安全评估具有弯管其局部减薄位于外表面、外拱处,且关于弯管轴
重要的参考价值。向对称面对称。研究中采用的含局部减薄弯管的实
目前中国的管道建设在国家调整能源结构、大体模型及缺陷表示见图 1 。
力发展社会基础设施的整体形势下,已经迎来了发
展高峰,对管道的研究工作也得到广泛重视。在国
家“八五”、“九五”科技攻关期间,已基本解决了压力
容器、压力管道直管段塑性极限载荷的计算问
题[1 2 ] ,但未涉及弯管结构,鉴于弯管对管道系统承
载能力的重要影响,进行局部减薄弯管的研究是一
项重要而急需的课题。国家科技部已将压力管道元
件的安全评估技术列入“十五”国家重大科技攻关的
图含局部减薄弯管实体模型
收稿日期: 2003 11 25 1
基金项目: 国家科技部重大科技攻关项目(2001BA803B03 05) Fig. 1 Model of elbow with local