大型压力管道焊接缺陷的强度分析与安全评定

论文摘要

如今,压力管道被广泛应用在石油化工、冶金、电力和医药等行业,同时也向大型化、多样化、复杂化发展。但是如何处理带有缺陷的压力管道,是目前工程界所关注的问题。压力钢管是一种大型压力管道,它是水电工程中输水建筑物的重要组成部分,它承受着较大的内水压力以及自身的重量和水重。压力钢管在生产和安装过程中,容易产生焊接缺陷。这些缺陷一般可以通过补焊等措施进行修复,但是较小的缺陷往往被忽略,而没有引起重视。在这些缺陷处,接头承载截面的几何尺寸发生了突变,产生了较强的应力集中,大大降低了接头的承载能力,对结构的静载强度、疲劳强度、脆性断裂以及抗应力腐蚀开裂都有重大的影响。因此,有必要对含焊接缺陷的压力钢管进行力学分析和安全评定。咬边和错边都是压力钢管生产和安装过程中常见的焊接缺陷,它们不能用常规的方法进行应力分析。因此,本论文根据某水电站实例,建立咬边和错边的三维有限元模型,并通过有限元分析软件ANSYS9.0,对在不同深度、不同锐度和不同位置条件下的咬边和错边进行了应力计算和分析,并讨论了不同条件下的咬边和错边对焊接接头应力集中的影响。本文还按照“压力容器缺陷评定规范”CVDA-84和“在用含缺陷压力容器安全评定”标准的规定,对纵缝不同深度咬边缺陷进行了安全评定,并给出了最大允许咬边深度,为咬边缺陷的返修和处理提供了可靠的力学依据,有极大的工程意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 含缺陷压力管道安全评定的研究状况及趋势
• 1.1.1 国内外压力管道安全评定的研究状况
• 1.1.2 国外压力管道安全评定的发展趋势
• 1.1.3 国内压力管道安全评定的发展趋势
• 1.2 压力管道安全评定方法
• 1.2.1 安全评定的理论基础
• 1.2.1.1 断裂力学简介
• 1.2.1.2 线弹性断裂力学
• 1.2.1.3 弹塑性断裂力学
• 1.2.1.4 裂纹分类及简化
• 1.2.2 断裂准则
• 1.2.2.1 国外压力容器缺陷评定规范
• 1.2.2.2 国内压力缺陷容器评定规范
• 1.3 有限元理论及ANSYS软件简介
• 1.3.1 有限单元法
• 1.3.1.1 有限元法的诞生
• 1.3.1.2 有限元法的发展和现状
• 1.3.1.3 有限元法的发展趋势
• 1.3.2 ANSYS软件简介
• 1.4 本课题研究的意义
• 1.5 本课题研究的内容
• 第2章 含缺陷压力管道的强度分析
• 2.1 应力集中系数及缺陷锐度
• 2.2 径向位移的比较
• 2.3 无缺陷时管道模型的建立
• 2.4 含咬边缺陷压力管道的有限元分析
• 2.4.1 纵缝含咬边缺陷时有限元计算与分析
• 2.4.1.1 无咬边缺陷管道的应力计算与分析
• 2.4.1.2 不同深度纵缝咬边的有限元计算与分析
• 2.4.1.3 不同宽度纵缝咬边的有限元计算与分析
• 2.4.2 环缝含咬边缺陷时有限元计算与分析
• 2.4.2.1 不同深度环缝咬边的有限元计算与分析
• 2.4.2.2 不同宽度环缝咬边的有限元计算与分析
• 2.4.3 计算结果分析
• 2.5 含错边缺陷压力管道的有限元分析
• 2.5.1 纵缝含错边缺陷时有限元计算与分析
• 2.5.2 环缝含错边缺陷时有限元计算与分析
• 2.5.3 错边处焊缝截面坡度对应力集中系数的影响
• 2.5.4 计算结果分析
• 2.6 小结
• 第3章 含咬边缺陷压力管道的安全评定
• 3.1 压力管道表面纵缝咬边缺陷的安全评定
• 3.1.1 采用CVDA-84"压力容器安全评定规范"评定
• 3.1.2 采用"在用含缺陷压力容器安全评定"评定
• 3.1.2.1 简化评定
• 3.1.2.2 常规评定
• 3.2 小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表的论文