管道三通塑性极限分析及异型三通强度校核

论文摘要

管道三通作为重要的压力管道元件广泛用于石油化工、电力和油气输送等行业中,由于其几何形状复杂和数学分析上的困难,至今仍没有成熟简便的塑性极限的计算方法。鉴于管道三通的破坏常表现为塑性失效,并且管道三通的塑性极限载荷是工程中重要的设计参数,因此系统地分析三通的极限载荷并建立相应的工程计算方法就成为其完整性评定技术的关键。本文以数值计算、理论分析为手段,对三通的塑性极限进行了研究。在三通塑性极限载荷的数值分析的基础上,详细地计算研究了内压作用下管道三通的不同几何尺寸对其塑性极限载荷的影响。本文的主要研究内容有：(1)建立了内压三通的三维有限元计算模型,制定了塑性极限分析计算流程,据此计算形成了三通塑性有限元数据库,拟合了三通塑性极限内压的工程估算式,并且引用文献[1]中试验数据对文中的计算方法进行了验证。在计算过程中,研究了三通几何尺寸对塑性极限的影响规律和极限内压下的失效特征。(2)以某公司异型三通为实例,建立三维有限元计算模型,分析了加强筋对三通的加强作用和极限内压下的失效特征。对异型三通进行了强度校核,为该异型三通的设计定型提供了依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 三通强度研究现状
• 1.2.1 国外研究进展
• 1.2.2 国内研究进展
• 1.3 存在的问题及本文研究的内容
• 1.3.1 存在的问题
• 1.3.2 本文的研究内容
• 第2章 三通塑性极限载荷的有限元计算
• 2.1 有限元方法及有限元分析软件介绍
• 2.1.1 有限元分析方法
• 2.1.2 有限元软件简介
• 2.1.3 有限元分析的参数化技术
• 2.2 三通塑性极限载荷的有限元分析技术
• 2.2.1 有限元软件及分析方法
• 2.2.2 有限元模型及材料假设
• 2.2.3 单元类型和数目的选择
• 2.2.4 载荷边界条件
• 2.2.5 约束条件
• 2.2.6 极限载荷的确定方法
• 2.2.7 极限载荷的求解
• 2.2.8 前处理程序的开发
• 2.3 本章小结
• 第3章 三通的塑性极限内压数值分析
• 3.1 三通有限元模型的建立
• 3.1.1 坐标系及单位制的确立及实体模型的建立
• 3.1.2 网格的划分
• 3.1.3 单元数目的确定
• 3.1.4 载荷及约束的施加
• 3.2 三通失效特征分析
• 3.2.1 三通失效变形特征分析
• 3.2.2 三通失效位移特征分析
• 3.3 计算中子载荷步数的确定
• 3.4 三通塑性极限内压影响因素的简化
• O1对p_LT的影响'>3.4.1 主管直径D_O1对p_LT的影响
• s对p_LT影响'>3.4.2 材料的屈服强度σ_s对p_LT影响
• O2/D_O1,K,T₂/T₁对p_LT的影响'>3.4.3 参量D_O2/D_O1,K,T₂/T₁对p_LT的影响
• 3.4.4 三通塑性极限内压数据库的建立
• 3.5 计算结果的试验验证
• 3.6 塑性极限内压与各参数的三维图
• 3.7 三通塑性极限内压工程估算式
• 3.7.1 三通塑性极限内压工程估算式的拟合
• 3.7.2 本文拟合公式解与有限元解比较
• 3.8 本章小结
• 第4章 异型三通的强度校核
• 4.1 异型三通模型
• 4.2 有限元模型及假设
• 4.2.1 单元类型的确定
• 4.2.2 材料特性
• 4.3 划分网格考虑的要求
• 4.4 网格的划分
• 4.4.1 载荷边界条件
• 4.4.2 约束条件
• 4.5 没有加强筋时塑性极限
• 4.5.1 模型建立
• 4.5.2 网格划分和计算结果
• 4.5.3 失效特征分析
• 4.6 有加强筋时的塑性极限
• 4.6.1 模型建立
• 4.6.2 网格划分和计算结果
• 4.6.3 失效特征分析
• 4.7 加强筋对塑性极限的影响
• 4.8 安全性评估
• 4.9 弹塑性设计计算
• 4.9.1 没有加强筋时的最大应力
• 4.9.2 有加强筋时的最大应力
• 4.10 强度评估
• 4.11 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 本文主要的研究成果
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢