轴向压入式管道连接接头技术研究

论文摘要

在金属管道连接领域中，一般采用传统的焊接工艺，而焊接方法存在着明显的不足,如焊接存在焊渣对管路的污染，会破坏管道的内防腐层，工作效率低，劳动强度比较大，成本过高，焊接烟尘会污染空气，而且易产生焊接缺陷及残余应力，焊接缺陷检测困难等。因此，探索与传统焊接不同的管道连接方法具有重要的工程应用价值。在此背景下，本文研究了一种新型的管道非焊接连接形式——轴向压入式管接头，该种管接头利用对外套管的轴向加载而实现管箍的径向弹塑性变形，从而实现管道之间的可靠连接和密封。分析了管接头的力学原理，通过所建立的力学模型，利用弹塑性变形的基本理论，推导出了接头组件在连接时的预紧力P、管套与管箍连接后的过盈量△以及在此过盈量△条件下管道内容许承受的内压q的理论计算公式，同时针对了2英寸管接头进行了相关的实例计算。在所建立的力学模型基础上分析了各因素对管接头的连接强度和密封性能的影响情况，并借助MARC有限元工具模拟了管道的压接过程、抗拉过程与抗内压过程，研究了管道连接过程中的应力应变分布情况以及连接力的变化情况，并对该管接头的抗拉性能和密封性能进行了分析，模拟结果和力学模型计算结果基本一致。在理论分析的基础上，研制了2英寸的轴向压入式管接头组件，并通过管道压接试验和抗拉试验验证了所建力学模型与模拟结果的正确性，同时表明了设计的管接头连接装置的合理性，能够实现管道之间的可靠连接和密封，具有较高的实际工程应用价值。本研究结果能够为轴向压入式管接头的结构设计提供理论依据，为该类管接头的应用与发展奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 管道非焊接连接方法的现状及发展
• 1.2.1 传统的管道非焊接连接方法
• 1.2.2 其他管道非焊接连接方法
• 1.3 轴向压入式管接头的研究现状及发展
• 1.3.1 机械过盈配合连接的研究现状
• 1.3.2 轴向压入式管接头的研究现状及前景
• 1.4 本文的研究内容、方法和意义
• 1.4.1 本文的研究内容
• 1.4.2 本文的研究方法
• 1.4.3 本文的研究意义
• 1.5 本章小结
• 第2章 轴向压入式管接头的力学原理分析
• 2.1 轴向压入式管接头的基本结构及工作原理
• 2.2 轴向压入式管接头的力学原理
• 2.2.1 薄壳的基本方程
• 2.2.2 柱体薄壳的基本方程
• 2.2.3 园柱薄壳在法向荷载下的弯曲
• 2.2.4 园柱薄壳轴对称弯曲问题
• 2.2.5 园柱薄壳轴对称弯曲问题的简化解答
• 2.3 轴向压入式管接头的力学模型
• 2.3.1 确定预紧力P的大小
• 2.3.2 确定过盈量Δ（P作用点处径向位移）
• 2.3.3 确定在盈余量Δ情况下，管道内允许承受的内压q
• 2.4 计算实例
• 2.4.1 计算预紧力P的大小
• 2.4.2 计算管道与管箍过盈配合的盈余量△
• 2.4.3 在盈余量△的情况下，计算管道允许承受的内压q
• 2.5 本章小结
• 第3章 轴向压入式管接头的有限元分析
• 3.1 管接头在压接过程中的有限元分析
• 3.1.1 有限元模拟步骤
• 3.1.2 有限元模型的建立
• 3.1.3 有限元模拟结果分析
• 3.2 管接头的连接强度分析
• 3.2.1 影响管接头连接强度的主要因素
• 3.2.2 管接头在抗拉过程中的有限元分析
• 3.3 管接头的密封性能分析
• 3.3.1 管接头的密封原理
• 3.3.2 影响管接头密封性能的主要因素
• 3.3.3 管接头在抗内压过程中的有限元分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 试验研究
• 4.1 试验试件与试验设备
• 4.2 试验内容
• 4.3 试验结果与分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表文章
• 致谢