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。     

内压载荷作用下含纵向穿透裂纹弯头的塑性极限载荷

弯头是管道系统中最薄弱、最容易失效的管件。研究含缺陷弯头的塑性承载能力在整个压力管道系统安全评定中占有重要地位。利用求取直管极限载荷的鼓胀系数法建立不考虑直管影响的含缺陷弯头的塑性极限载荷估算式。采用三维弹塑性有限元技术，对内压载荷作用下含纵向穿透裂纹弯头的塑性极限载荷进行系统分析。结果表明，裂纹削弱系数（PL／P LO）与厚径比（t／rm）无关，在实际工程应用中可忽略厚径比对裂纹削弱系数的影响。裂纹对长半径弯头的塑性极限承载能力影响程度明显大于对短半径弯头的。     

循环移动热载荷下压力管道弯头的安定性

利用通用有限元软件ANSYS研究了循环移动热载荷下压力管道弯头的安定性。结果表明,在稳态循环热载荷条件下,若将直管安定评定图中直管的极限载荷采用弯管的极限载荷代替后,得到弯管的弹性安定评定图与直管安定评定图基本一致;热流在弯头段和直管段高速移动时的安定域均较低速移动时小;温度载荷低速移动时直管段和弯管段的弹性安定极限基本一致。本研究对循环移动热载荷下压力管道弯头的安定性设计和评估有一定的指导意义。     

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。     

弯曲载荷作用下局部减薄管道的极限载荷分析

本文采用弹塑性有限元分析,计算了纯弯曲载荷作用下局部减薄管道的极限弯矩。结果表明,管道的极限弯矩不仅与局部减薄的宽度有关而且与局部减薄的轴向长度也有关。当减薄长度大于某一临界值,有限元结果与不考虑减薄长度影响的净截面跨塌准则（Net－SectionCollapse）所得到的结果一致。所以,可以保守地用净截面跨塌准则来评定受弯曲载荷作用的局部减薄管道的极限承载能力。     

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。     

含环向减薄缺陷主蒸汽管道蠕变应力变化规律研究

厚壁耐热钢广泛应用于高温电厂的主蒸汽管道。局部减薄缺陷是高温压力管道常见的体积型缺陷,局部减薄缺陷的存在对高温环境下运行的管道应力重分布会产生较大的影响,降低管道的承载能力。采用大型有限元分析软件ABAQUS对在蠕变条件下运行、受内压作用含环向减薄缺陷主蒸汽管的蠕变应力进行了有限元数值模拟,获得了应力重分布的变化过程。结果表明,含环向减薄缺陷直管,由于存在结构不连续,导致应力水平提高。在高温环境下,应力最大位置和应力集中系数最大位置可能会随蠕变时间的变化而改变,给出了含环向减薄管道应该主要关注的位置。研究结果可为高温含环向减薄缺陷管道的安全评定和完整性分析提供依据。