拉,弯,扭及内压载荷下周向裂纹管的塑性极限载荷

本文提出了在轴向力、弯矩、扭转及内压联合载荷作用下含周向裂纹管塑性破坏载荷的力学模型。按ＶｏｎＭｉｓｅｓ准则可确定塑性跨塌时净截面上诸正应力值,进一步又给出了各种裂纹管道（诸如表面裂纹、穿透裂纹等）的诸塑性极限载荷表达式。本文对缺陷评定十分有用。     

含局部减薄缺陷管道的极限载荷分析

建立了含缺陷管道失效的数值模型,采用非线性有限元方法对其极限载荷进行了研究,分析了局部减薄缺陷参数对管道极限载荷的影响,并将计算结果与API579准则的评价结果进行了对比,分析了二者产生差异的原因。研究结果表明,极限载荷随缺陷深度和缺陷长度的增加而呈明显下降趋势,但当缺陷长度达到一定值时,其继续增加对管道极限载荷的影响不再明显。缺陷长度较小时,有限元计算结果与API579准则给出的结果相吻合;缺陷深度和长度都较大时,API579准则并不适用。     

复杂载荷下含未焊透缺陷压力管道塑性极限载荷分析

针对净截面垮塌(NSC)准则仅适用于拉、弯组合载荷的局限性,根据压力管道实际受力特点,提出了一种基于内压/弯矩/扭矩复杂载荷作用下的含未焊透缺陷压力管道塑性极限载荷理论分析方法及其表达式,该方法还充分考虑了管道曲率(管径比)、未焊透缺陷环向长度、深度对压力管道塑性极限载荷的影响。借助有限元分析方法对含各类未焊透缺陷的压力管道塑性极限载荷进行了数值计算并与理论值进行了比较。结果表明:该方法能较好地反映含未焊透缺陷压力管道的实际承载能力,结果可靠,可大大提高含未焊透缺陷压力管道安全评定的有效性。     

周向裂纹管道在含扭转各种组合变形时的极限载荷分析

到目前为止，还没有文献给中向裂纹管道在非对称弯曲及扭转组合变形时的塑性极限载荷计算公式。文中根据净截面垮塌准则用沙堆比拟法分别求出埋藏裂纹、外表面裂纹、内表面裂纹、穿透裂纹管道发生扭转变形时的塑性极限扭矩；给出含周向裂纹薄壁管道横截面上的剪应力分布规律，其塑性极限扭矩等于一个闭口薄壁截面与一个开口薄壁截面圆环的塑性极限扭矩之和，闭口薄壁截面的壁厚为管道壁厚减裂纹深度；开口薄壁截面的壁厚为裂纹的深度。推导了各种周向裂纹管在内压、轴力、扭矩及非对称弯矩共同作用时的塑性极限载荷关系式，并由此给出其他一些组合变形时的极限载荷计算公式。本文结果可供管道安全评价时参考。     

复杂载荷下管道三通的塑性极限载荷

目前对于管道三通在内压和弯矩联合作用下的塑性极限载荷累积规律有三种不同的观点，即线性方程累积、抛物线方程累积和圆方程累积模式。文中采用非线性有限元方法分析内压与弯矩联合作用下(包括面内弯矩和面外弯矩两种形式)管道三通的塑性极限载荷，结果表明其累积形式基本上介于抛物线方程和圆方程之间，并且与结构几何参量有关。最后在数值分析的基础上提出复杂情况下考虑几何因素的三通塑性极限载荷工程估算式，并用试验结果进行验证。     

内压作用下局部减薄弯头的极限载荷及其安全评定

管道在使用中受介质腐蚀或冲蚀作用以及机械损伤会发生局部减薄 ,降低使用的安全性。对带有此类缺陷的直管已有评定规范和解析解 ,但对局部减薄弯头 ,国内外尚无评定规范且少有研究。本文在对局部减薄直管的极限载荷和无缺陷弯头的应力状态进行研究分析的基础上 ,提出了内压作用下局部减薄弯头极限载荷的计算式 ,并给出评定局部减薄弯头安全性的方法。用公式计算所得结果与有限元分析结果很一致。     

内压作用下局部减薄管道的极限载荷分析

本文通过三维有限元求解了局部减薄管道的极限载荷,并与ASMEB31．G规范进行了比较。重点研究了局部减薄宽度对管道极限承载能力的影响,结果表明局部减薄宽度的影响不能忽略,在减薄宽度较大的情况下,ASMEB31.G可能会给出偏于危险的评定。     

内压作用下局部减薄弯头的极限载荷的有限元分析

管道的弯头在使用中极易受到介质腐蚀或冲蚀作用而会发生局部减薄 ,降低使用安全性。对带有此类缺陷的直管已有评定方法 ,但此方法并不适用于弯头。本文采用有限元方法分析了内压作用下带有局部减薄弯头的极限载荷 ,所得出的结果可作为建立弯头局部减薄评定方法的基础     

含内局部减薄缺陷高温弯管蠕变极限载荷及其安全评定

根据P91材料高温等时应力应变本构关系,对高温含内局部减薄缺陷弯管的蠕变极限载荷进行了研究。研究表明,高温蠕变极限载荷在蠕变初期急剧下降,之后下降趋缓,该现象反映了高温下材料蠕变劣化过程。不同应变准则下蠕变极限载荷变化规律一致。根据有限元计算结果,提出了与蠕变时间无关的蠕变极限载荷计算方法,得到了含内局部减薄缺陷高温弯管的安全评定方法。     

内压作用下局部减薄弯管塑性极限载荷分析与试验研究

采用有限元分析法和试验测定法,对内压作用下局部减薄弯管的极限载荷进行研究。由有限元计算结果数据拟合出局部减薄弯管塑性极限内压的计算公式,并通过试验验证了该公式。     

压力管道直管段局部减薄缺陷评定的新公式

研究了压力管道含局部减薄直管段的评定理论和方法:利用剩余强度系数的新公式和爆破失效剩余强度系数的新数据,建立了外壁含规则化减薄直管段(圆柱壳)剩余强度系数的计算式RSFo;应用薄壁直管剩余弯矩系数m的计算式、边界理论解和有限元计算结果,建立了内外壁含规则化减薄直管段剩余弯矩系数RMC的计算式;提出了失效载荷因子的新概念,导出了规则化减薄直管段的失效准则、判据和极限弯矩的计算方法;由失效判据导出了规则化减薄直管段的安全评定判据,建立了含局部减薄直管段的评定方法。     

含多局部减薄缺陷压力管道的安全评定方法讨论

局部减薄是压力管道常见的一种体积型缺陷,在管道的服役过程中不仅会出现单个局部减薄缺陷,甚至会有多个局部减薄缺陷。通过有限元方法模拟内压作用下含双局部减薄缺陷管道获得其极限载荷,讨论了在不同的轴向和环向排列方式以及不同的局部减薄相对深度下,两局部减薄缺陷间的距离对压力管道极限载荷影响程度的差异。然后对所计算模型应用API 579-1 ASMEFFS-1—2007《适合服役》与GB/T19624—2004《在用含缺陷压力容器安全评定》中对多局部减薄(凹坑)处理方法进行评定,并与有限元得到的结果进行比较,发现两评定规范既存在着保守性,也存在着不安全性。最后对两评定规范所论述的方法进行修正,提出了一种新的用于内压作用下含多局部减薄缺陷管道的多局部减薄处理方法。     

含局部减薄缺陷压力管道承载能力研究

局部减薄缺陷会降低压力管道的承载能力,影响管道的安全运行。通过应力强度评定、极限载荷分析及安全评定标准三方面对含局部减薄缺陷压力管道的承载能力进行系统研究,研究了缺陷尺寸(缺陷相对轴向长度,缺陷相对环向角度,缺陷相对深度)对许用载荷、极限载荷和安全评定载荷的影响规律。结果表明,在内压作用下,缺陷相对深度对管道的承载能力影响最大,缺陷相对轴向长度次之,缺陷相对环向角度的影响最小。对比分析发现许用载荷和安全评定载荷基本吻合,极限载荷值高于许用载荷值34.92%左右;许用载荷与安全评定载荷的比值会在一定范围内波动,存在缺陷尺寸相关性;极限载荷值与许用载荷值的比值和局部减薄缺陷的尺寸无关。相对于极限载荷,许用载荷、安全评定载荷是安全的,符合工程应用的要求。     

接管形式对容器极限载荷的影响

本文对接管横向弯矩和纵向弯矩作用下的不同接管形式的圆柱壳开孔—接管结构进行试验研究和三维非线性有限元分析,并进行极限载荷的分析比较研究。结果表明：在相同极限载荷确定准则下,有限元计算极限载荷值比试验极限载荷值要大;在承受相同的接管外载荷下,具有内侧填焊缝的内伸接管结构比普通齐平式焊缝结构的极限载荷值大。因此在开孔—接管结构设计中,具有内侧填角焊缝的内伸接管结构是一种值得应用的结构。     

复杂载荷下无缺陷弯管的塑性极限载荷

利用Von-Mises屈服准则,推导出内压和扭矩联合载荷以及内压、弯矩、扭矩联合载荷作用下弯管的塑性极限载荷方程式,经过简化后可得到任一单个载荷、两个或三个载荷共同作用下的塑性极限载荷,有关实验验证了理论的正确。本文为充分挖掘弯管的塑性极限承载能力提供了理论依据,也为研究有缺陷弯管塑性极限载荷提供了方法。     

组合载荷作用下开孔接管结构强度性能的研究

带接管内压圆柱形容器通常受到内压与接管弯矩的组合作用,接管弯矩会影响内压圆柱壳开孔接管结构的强度性能。在内压与接管弯矩组合作用下,对4台具有不同开孔率的带径向接管圆柱壳容器开孔接管结构强度性能进行试验研究和有限元分析,考察内压与接管纵向弯矩、内压与接管横向弯矩组合作用下容器开孔接管区弹性应力分布、应力集中、开孔接管结构的变形规律及塑性极限载荷等。结果表明,载荷大小相同时,横向弯矩作用产生应力增量较纵向弯矩作用产生应力增量大,横向弯矩对内压容器开孔接管结构强度较危险。内压作用在开孔接管区纵向截面产生应力增量较横向截面应力增量显著。较小值的内压作用可减缓开孔接管结构弯矩作用下的变形,内压能降低开孔接管结构的纵向极限弯矩,较小内压能增加开孔接管结构的横向极限弯矩。     

基于线性匹配方法的核电站弯管在循环载荷下的安定性分析

进行了核电站90°弯管在内压和面内弯曲载荷作用下的棘轮效应试验,并采用数值方法研究了90°弯管的极限载荷、安定载荷和棘轮边界。利用理想弹塑性有限元分析,基于两倍弹性斜率准则和切线相交准则分别确定了90°弯管单独承受内压和弯曲载荷的极限载荷;利用线性匹配方法确定了90°弯管在单独内压和弯曲载荷以及两者共同作用下的极限载荷和安定载荷;利用Ohno-Wang模型,结合C-TDF弹塑性有限元分析方法和线性匹配方法分别确定了90°弯管的棘轮边界;最后,对弹塑性有限元方法和线性匹配法确定的棘轮边界进行了比较。结果表明：两倍弹性斜率准则、切线相交准则和线性匹配方法确定的极限载荷误差为10.78%,其中弹性迭代的线性匹配法能高效、快速地进行计算。比较C-TDF法和线性匹配法确定的棘轮边界,结果发现：当内压在20~35 MPa之间时,两种方法确定的棘轮边界吻合很好;当内压小于20 MPa时,两种方法的预测结果呈现不同的趋势。     

蒸汽跨越管线含体积型缺陷的塑性极限载荷分析

长输管线在使用与制造过程中会出现各种缺陷,主要以腐蚀造成的体积型缺陷为主。用有限元方法对含体积型缺陷的跨越蒸汽管道进行了极限载荷分析,分析时考虑了大变形弹塑性情况,载荷考虑内压、温度、自重（产生面内弯矩及剪力）及风载荷（产生垂直面弯矩及扭矩）单独及联合作用情况,缺陷位置在近固定墩处,缺陷形状为球形及长条形。分析了缺陷的形状、大小、深度及载荷情况对极限载荷的影响,并分析了管道在上述情况下的失效形式。     

弯曲载荷作用下含错边缺陷管道环焊缝应力计算

滑坡等地质灾害引起的弯曲载荷是导致环焊缝失效的重要因素，管道环焊缝焊接过程中的错边缺陷，容易形成局部应力集中，除设计压力外，环焊缝还能承受的弯曲载荷已成为管道完整性管理中的重点和难点。基于有限元分析数据提出了一种针对弯曲载荷作用下含错边缺陷环焊缝的应力计算方法。首先，给出了管道承受均匀内压和弯曲载荷的近似解析计算公式；然后，针对无错边和含错边缺陷的环焊缝开展有限元计算，采用子模型方法兼顾了大跨度模型的计算效率和环焊缝的计算精度；最后，基于有限元分析数据对经典解析公式进行修正，得到管道环焊缝单点应力的计算公式。经验证，该方法与有限元结果相差1%以内，可适用于弯曲载荷作用下的环焊缝应力计算，是一种可用于工程强度快速评估的精确分析方法。     

接管纵向弯矩下带补强圈容器极限载荷的参数化分析

带径向接管的圆柱形容器开孔补强结构的极限承载能力主要与3个无量纲参数（开孔率d／D、壁厚比t／T和D／T）有关。为了能够快速地获得该结构的极限承载能力,运用正交试验设计方法,设计了64组不同参数的圆柱形容器模型,利用有限元分析软件ANSYS对各组模型进行模拟计算,求得了在接管纵向弯矩作用下各组模型的极限载荷,再由回归分析法得到了在接管纵向弯矩作用下带补强圈容器极限载荷的回归方程。最后通过试验和有限元计算两种方法进行了验证,证明了回归方程的结果是正确的,并具有足够的精度,可以用于工程设计中快速计算在接管纵向弯矩作用下该结构的极限承载能力。