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局部減薄彎頭的極限載荷研究

作者:  來源:  更新時(shí)間:2025-06-16 16:57:42  點(diǎn)擊次數(shù):

  在管路系統(tǒng)中,彎頭是改變管路方向的管件。按角度分,有45°及90°180°三種最常用的,另外根據(jù)工程需要還包括60°等其他非正常角度彎頭。彎頭的材料有鑄鐵、不銹鋼、合金鋼、可鍛鑄鐵、碳鋼、有色金屬及塑料等。與管子連接的方式有:直接焊接(最常用的方式)法蘭連接、熱熔連接、電熔連接、螺紋連接及承插式連接等。按照生產(chǎn)工藝可分為:焊接彎頭、沖壓彎頭、推制彎頭、鑄造彎頭、對(duì)焊彎頭等。其他名稱:90度彎頭、直角彎等。


局部減薄彎頭的極限載荷研究


  局部減薄是彎頭常見的缺陷,但國內(nèi)外對(duì)此類缺陷的研究主要針對(duì)直管,對(duì)彎頭局部減薄的研究少有文獻(xiàn)報(bào)道。本文通過詳細(xì)的有限元計(jì)算和理論分析,研究了在內(nèi)壓和彎矩作用下局部減薄對(duì)彎頭極限承載能力的影響,以及內(nèi)壓作用下多局部減薄的相互干涉效應(yīng)和彎矩作用下直管對(duì)彎頭極限載荷的加強(qiáng)作用,并進(jìn)行了部分實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,得到了以下研究成果:


  1、用有限元方法對(duì)內(nèi)壓作用下局部減薄彎頭的極限載荷進(jìn)行了系統(tǒng)地分析和計(jì)算,得出局部減薄彎頭的極限壓力與局部減薄的直管不同,彎頭的極限壓力不僅取決于局部減薄大小,還與局部減薄位置和彎曲半徑有關(guān),如采用局部減薄直管的計(jì)算方法評(píng)定彎頭,則會(huì)得出不安全或過于保守的結(jié)果;同時(shí)減薄寬度對(duì)極限載荷的影響也不可忽略。在有限元分析的基礎(chǔ)上給出了局部減薄彎頭極限壓力的計(jì)算公式,公式計(jì)算結(jié)果與有限元計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果都相當(dāng)吻合并偏安全,計(jì)算公式可以實(shí)際應(yīng)用于局部減薄彎頭的安全評(píng)定,補(bǔ)充了該項(xiàng)研究的空白。


  2、通過有限元分析,研究了在內(nèi)壓下多局部減薄之間的相互干涉效應(yīng),研究表明多局部減薄的相互影響不僅與間距有關(guān),還與減薄深度有關(guān)。指出減薄深度較淺時(shí),軸向局部減薄間距大于2倍壁厚,雙局部減薄的極限載荷與單個(gè)局部減薄的極限載荷基本相同;當(dāng)減薄深度較深,軸向局部減薄間距大于4倍壁厚時(shí),雙局部減薄的極限載荷與單個(gè)局部減薄的極限載荷基本相同,補(bǔ)充了現(xiàn)有研究的不足。


  3、通過有限元計(jì)算,研究了相連直管對(duì)彎頭極限彎矩的加強(qiáng)作用,指出與彎頭相連的直管會(huì)使彎頭的極限彎矩增大,彎曲半徑不同時(shí),彎頭極限載荷增加量不同。當(dāng)相連直管長度大于3倍管徑時(shí),直管對(duì)彎頭的強(qiáng)化作用不再增加。該項(xiàng)研究補(bǔ)充了直管對(duì)彎頭加強(qiáng)作用研究的不足。


  4、通過有限元分析詳細(xì)研究了局部減薄對(duì)彎頭極限彎矩的影響,得出面內(nèi)彎矩作用下局部減薄彎頭極限彎矩的大小與減薄位置、減薄尺寸及彎曲半徑有關(guān)。研究表明在彎矩作用下,幾何非線性的影響是顯著的。在內(nèi)壁局部減薄和大變形有限元分析的基礎(chǔ)上,給出面內(nèi)彎矩作用下局部減薄彎頭極限彎矩的計(jì)算公式,計(jì)算結(jié)果可以較準(zhǔn)確并偏保守地反映出有限元計(jì)算結(jié)果,并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。該項(xiàng)研究填補(bǔ)了這一領(lǐng)域的空白。


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