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环焊缝含错边和不同心缺陷压力管道的极限载荷分析

作　者: 王妍
导　师: 钱才富
学　校: 北京化工大学
专　业: 流体机械及工程
关键词: 压力管道环焊缝错边缺陷不同心(噘嘴)缺陷极限载荷
分类号: TG441.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

压力管道是石油天然气工业中的特殊设备,在管道安装中,由于施焊条件的限制,管道连接环焊缝往往存在一些焊接缺陷,错边缺陷或不同心缺陷都是常见的也是难以避免的缺陷,缺陷的存在势必会影响管道的安全运行,危及人民生命财产的安全。因此,对含缺陷压力管道进行承载能力分析,具有重要理论意义和工程应用价值。本论文针对环焊缝含错边或不同心缺陷的压力管道,采用ANSYS软件建立有限元模型,进行了内压作用下的非线性应力分析,并按两倍弹性斜率法和双切线法计算了管道的极限载荷。研究表明,受压力作用时在管道缺陷区域产生应力集中,其大小随接头处缺陷的增加而增大。极限载荷的大小随缺陷尺寸的增加而下降。按双切线法得到的塑性极限载荷偏小,或者说,按此进行的管道强度设计或安全评定偏于保守。在有限元计算结果的基础上,论文将极限载荷拟合为管道直径、壁厚及缺陷大小的函数。数值验算表明,拟合关系式在管径从500mm到900mm,壁厚从6mm到10mm,错边量从1mm到5mm或不同心量从1°～10°的范围内具有很高的精确度。最后,论文根据拟合关系式,开发了环焊缝含错边或不同心缺陷的压力管道极限载荷计算程序,该程序可很容易计算出任意含错边或不同心缺陷的环焊缝压力管道的承压能力,从而有助于含此类缺陷管道的工程设计或安全评定。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-15
第一章绪论  15-27
  1.1 压力管道基本介绍  15-17
    1.1.1 压力管道定义  15
    1.1.2 压力管道类别划分  15-16
    1.1.3 我国压力管道概况  16-17
  1.2 压力管道的缺陷研究  17-18
    1.2.1 缺陷分类  17
    1.2.2 形成焊接缺陷的原因  17-18
  1.3 国内外含缺陷压力管道的研究  18-23
    1.3.1 国内外对压力管道的研究  18-19
    1.3.2 国内外含缺陷压力管道的安全评定规范  19
    1.3.3 国内外压力管道缺陷评定方法  19-21
    1.3.4 含缺陷压力管道的失效类型  21-22
    1.3.5 国内外含缺陷压力管道安全评定的发展趋势  22-23
      1.3.5.1 国外含缺陷压力管道安全评定发展趋势  22
      1.3.5.2 国内含缺陷压力管道安全评定发展趋势  22-23
  1.4 一些前人研究成果  23-26
  1.5 本文研究内容及方法  26-27
第二章极限载荷理论分析  27-39
  2.1 极限分析概念  27
  2.2 极限载荷的确定方法  27-28
    2.2.1 解析分析法  27
    2.2.2 塑性极限定理  27-28
    2.2.3 数值分析法  28
    2.2.4 实验法  28
  2.3 承压设备塑性失效过程  28-29
  2.4 塑性失效分析数值模拟方法  29-31
  2.5 材料本构模型  31-32
  2.6 极限载荷确定准则  32-33
  2.7 前人应用极限载荷法列举  33-34
  2.8 ANSYS有限元软件极限载荷分析理论介绍  34-39
    2.8.1 ANSYS有限元分析软件介绍  34
    2.8.2 本论文的ANSYS分析极限载荷的过程  34-39
第三章环焊缝含错边缺陷压力管道的极限载荷分析  39-49
  3.1 环焊缝含错边缺陷压力管道有限元模型的建立  39-42
    3.1.1 含错边缺陷管道结构  39-40
    3.1.2 有限元几何模型  40-41
    3.1.3 施加载荷与边界条件  41-42
  3.2 含错边缺陷压力管道应力分析  42-43
  3.3 含错边缺陷压力管道极限载荷分析  43-49
    3.3.1 含错边缺陷压力管道塑性极限载荷计算结果  43-44
    3.3.2 载荷-位移变化关系  44-47
    3.3.3 极限载荷与错边量的变化关系  47
    3.3.4 极限载荷计算式的拟合  47-48
    3.3.5 极限载荷计算式的数值验证  48-49
第四章环焊缝含不同心(噘嘴)缺陷压力管道的极限载荷分析  49-63
  4.1 环焊缝含错边缺陷压力管道有限元模型的建立  49-52
    4.1.1 管道的几何结构  49-50
    4.1.2 有限元几何模型  50-51
    4.1.3 施加载荷与边界条件  51-52
  4.2 含不同心缺陷压力管道应力分析  52-53
  4.3 含不同心缺陷压力管道极限载荷分析  53-63
    4.3.1 含不同心缺陷压力管道塑性极限载荷计算结果  53-54
    4.3.2 载荷-位移变化关系  54-60
    4.3.3 极限载荷与不同心量的变化关系  60
    4.3.4 极限载荷计算式的拟合  60
    4.3.5 极限载荷计算式的数值验证  60-63
第五章环焊缝含错边和不同心缺陷压力管道承压能力计算软件  63-67
  5.1 软件设计目的  63
  5.2 计算原理  63-64
    5.2.1 环焊缝含错边缺陷压力管道承压能力计算  63
    5.2.2 环焊缝含不同心缺陷压力管道承压能力计算  63-64
  5.3 软件功能设计及介绍  64-66
  5.4 软件适用范围  66-67
第六章结论与建议  67-69
  6.1 结论  67
  6.2 建议  67-69
参考文献  69-73
致谢  73-75
攻读硕士学位期间发表的学术论文  75-77
作者和导师简介  77-79
附件  79-80

环焊缝含错边和不同心缺陷压力管道的极限载荷分析

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