面外弯矩作用下弯头极限载荷有限元分析

采用三维非线性有限元分析技术,将材料简化为理想弹塑性,同时考虑几何非线性影响,针对不同厚径比t/Do、相对弯曲半径R/Do下有直管连接的弯头在面外弯矩(弯曲位移方向垂直弯头轴线平面)作用下进行极限载荷分析,在此基础上建立了便于工程应用的无缺陷弯头的面外塑性极限弯矩估算式。试验结果表明面外弯矩载荷下塑性载荷估算式能够满足工程实际需要。     

弯头极限载荷研究概述

系统总结了当前对弯头极限载荷控制的研究现状,重点介绍了内压载荷、平面内弯矩以及内压和弯矩联合作用下的弯头极限载荷计算方法,讨论了制造过程中弯曲弧段截面椭圆化（扁平效应）和厚度不均匀弯头极限载荷的影响,并结合实际应用提出了弯头极限载荷控制研究目前存在的问题和未来的发展趋势。     

周向缺陷位置对弯管承载能力的影响

以弯管为研究对象,采用有限元法对弯管中间横截面应力分布规律和塑性极限载荷进行研究,给出了弯管在内压和弯矩载荷下的应力分布情况,指出了弯矩载荷下弯管中间截面最大轴向应力点位置和计算公式,分析了中间截面上不同位置周向裂纹缺陷对弯管塑性极限弯矩载荷的影响。结果表明,对于弯曲半径比较小,径厚比较大的弯管应将周向裂纹缺陷定位在最大轴向应力点确定弯管弯矩承载能力,为进一步研究弯管塑性极限弯矩,完善弯管失效评定奠定基础。     

含腐蚀凹坑缺陷管道的安全评定方法

对含腐蚀凹坑缺陷的压力管道进行了有限元弹塑性分析和试验研究 ,得到了含不同球形凹坑缺陷压力管道在内压和弯矩联合作用下的极限载荷 (弯矩 ) ,在此基础上提出了在役含球形凹坑缺陷管道的工程安全评定方法     

含局部减薄缺陷压力管道的塑性极限载荷数值分析和安全评定研究

局部减薄是压力管道一种常见的体积型缺陷。对含体积型缺陷管道,一般采用塑性极限载荷评价其承载能力和安全性。因此准确预测含局部减薄缺陷压力管道的极限载荷,对于压力管道的安全评定具有重要意义。通过有限元分析的方法,对承受内压、弯矩及弯矩和内压组合作用下的局部减薄压力管道极限载荷开展了研究工作。研究结果表明,在内压单独作用时,局部减薄缺陷的深度和轴向长度压力管道极限载荷影响显著,而周向长度的影响较小;在弯矩单独作用时,局部减薄缺陷的深度与周向长度对压力管道极限弯矩的影响显著,而轴向长度的影响较小。根据计算结果,得到了含局部减薄缺陷管道在内压和弯矩载荷联合作用下的安全评定方法。     

砂浆的柔度标定曲线与阻力曲线特性

采用三点弯曲加载梁试件测定了砂浆的柔度标定曲线和载荷一沿初始裂纹及其韧带直线方向若干点位移循环加载全曲线.结果表明:用柔度标定法所测定的不同初始裂纹相对长度下临界应力强度因子大于直接测定最大载荷所得相应值;当初始裂纹相对长度一定时,若有效裂纹相对长度或其增量增加,断裂过程区相对长度估算值随着增加;当断裂过程区相对长度估算值一定时初始裂纹相对长度增加,有效裂纹相对长度及其增量增加;若初始裂纹相对长度一定时,裂纹口张开位移或初始裂纹尖端张开位移增加,有效裂纹相对长度增量随着增加;若裂纹口张开位移或初始裂纹尖端张开位移一定时初始裂纹相对长度增加,有效裂纹相对长度增量减少.     

基于有限元的外载作用下弯头局部强度分析

弯头是海上平台管道系统的重要管件,它不仅能改变介质流向,而且可以吸收热位移并减小管道推力。当弯头受到内压、轴向力、弯矩、扭矩等载荷作用时,弯头内侧、局部减薄等区域容易出现应力集中。本文以公称直径DN100、壁厚SCH160的90度长半径弯头为研究对象,应用APDL语言编写了计算弯头局部强度的命令流,分析弯头及弯头支架在内压、轴向力、弯矩、扭矩联合载荷作用下的应力分布并校核其局部强度。     

复合型裂纹张开位移和裂尖附近塑性区域的有限元分析

用ＣＡＤ技术和Ｃ语言知识，对受双向载荷含Ⅰ－Ⅱ复合型裂纹十字形板进行了计算机自动划分有限单元体网格并生成数据文件。采用四边形八节点等参元对含Ⅰ－Ⅱ复合型裂纹十字形板进行了弹塑性有限元分析，获得了裂尖附近塑性区形状。弹塑性有限元法计算的裂纹面张开位移与试验结果相吻合。     

三点弯钎焊接头裂纹扩展数值模拟

为了研究钎焊接头裂纹起裂和扩展规律,利用内聚力模型模拟三点弯钎焊接头裂纹扩展过程。通过试验得到钎焊接头起裂时所能承受的最大载荷为1 364.83N,与模拟值1 392.29N很接近。在裂纹扩展阶段,通过试验得到的载荷-张开位移曲线与模拟结果吻合较好,说明内聚力模型可以很好地预测三点弯钎焊接头裂纹扩展过程。     

尿素合成塔液相泄漏蒸气爆炸压力计算

基于热力学理论,对尿素合成塔液相区泄漏的蒸气爆炸进行了理论计算。将裂纹型缺陷作为泄漏口,并且认为裂纹张开面积随内部压力载荷的变化而变化,从而对泄漏速率产生影响,进而影响内部爆炸压力载荷的反弹。计算结果表明:盛装高温、高压物料的尿素合成塔的液相区泄漏能够引发蒸气爆炸。     

带体积型缺陷压力管道极限载荷的有限元分析

利用有限元弹塑性分析方法,对含体积型缺陷的压力管道进行了非线性分析,研究了腐蚀缺陷的长度、宽度和深度对压力管道极限载荷的影响。并和含腐蚀缺陷管道的全尺寸爆破试验结果以及ASME B31G计算的结果进行对比,证明有限元方法在分析腐蚀缺陷管道的可行性。     

外载荷作用下含腐蚀缺陷高钢级管道失效研究

为研究弯矩、轴力等外部载荷以及缺陷参数对含腐蚀缺陷高钢级管道失效压力的影响，采用非线性有限元方法，建立弯矩、轴力载荷与内压共同作用下管道有限元模型，分析了弯矩、轴力载荷大小、腐蚀缺陷参数以及管道径厚比等因素对管道失效压力的影响规律。结果表明：弯矩和轴力载荷均会降低管道失效压力，轴力载荷作用下失效压力的下降幅度更大。缺陷参数各影响因素对管道失效压力下降趋势影响从强到弱依次为缺陷深度、缺陷长度、缺陷宽度。失效压力随缺陷深度增大呈线性下降。缺陷长度系数大于6时，失效压力下降趋势逐渐减缓。随缺陷宽度增大，较大的轴力载荷能显著降低失效压力。管道的径厚比越大，管道失效压力越大。     

压力管道弯头超标局部减薄安全状况等级评定

腐蚀和冲刷极易使压力管道中的弯头发生局部减薄,降低使用安全性。现有的评定方法都只适用于带有此类缺陷的受压直管。局部减薄弯头与直管的极限载荷不同。对按照《在用工业管道定期检验规程》(试行)要求检验的压力管道弯头外侧壁厚超标局部减薄给出一种安全状况等级评定方法。     

含相互作用缺陷海洋立管极限载荷数值分析

对含相互作用缺陷的海洋立管极限载荷进行分析,考虑了相邻缺陷间轴向距离对含缺陷管道极限载荷的影响,由于材料和缺陷尺寸的非线性,采用有限元分析软件ANSYS进行分析计算,得到管道极限载荷与缺陷尺寸和距离的关系曲线,研究表明相邻缺陷间轴向距离对缺陷管线的影响较大,特别是当缺陷间距离较近时。结果与国内外相关的海洋管道腐蚀缺陷评价标准中的规定是一致的,证明含相互作用缺陷海洋立管极限载荷的分析计算采用有限元非线性分析是可行的。     

基于液压鼓胀试验的材料冲击韧性评价方法的研究

提出了一种基于微试样的评价材料韧性的方法——裂纹法。利用液压鼓胀试验技术通过液压加压使试样发生变形直至试样破坏。试样的韧性取决于液压鼓胀试验的载荷-位移曲线和试样爆破后试样的几何形状。引入裂纹长度和裂纹最大扩展量以描述爆炸试样的几何形状,给出在不同裂纹情况下这两个参量的测量方法。根据载荷-位移曲线计算试样形变能,然后根据爆破试样的几何参数进行修正,并用经验关联式计算断裂能的冲击韧性。     

高贝利特水泥混凝土的断裂韧性

为研究高贝利特水泥混凝土的断裂性能,通过三点弯曲梁试验,比较了高贝利特水泥混凝土与硅酸盐混凝土的双K断裂参数。结合载荷–裂口张开位移曲线分析,探讨了高贝利特水泥混凝土的断裂能。结果表明：高贝利特水泥混凝土载荷–裂口张开位移曲线下覆盖的面积大于硅酸盐水泥混凝土,混凝土对载荷能量有较高的吸收能力,断裂能大,断裂韧度大;高贝利特水泥混凝土的起裂韧度和失稳韧度分别是硅酸盐水泥混凝土的1.17倍和1.24倍。高贝利特水泥混凝土的断裂性能优于硅酸盐水泥混凝土的。     

等径三通+长径弯头组合管件的安全性能分析

采用有限元法分析了典型的组合管件——等径三通+长径弯头组合管件在内压作用下的力学特性和安全性能,并对其安全性做出了评价。结果表明,压力管道组合管件既安全又方便;不同转角半径对等径三通+长径弯头组合管件的塑性极限载荷有不同影响,其最佳三通转角半径与管外径之比为0.17～0.21;现有管件的塑性极限载荷估算公式不适用于组合管件,是偏危险的。     

含穿透裂纹碳钢管道起裂载荷的电位测试方法

含缺陷压力管道起裂载荷的确定对于石化、化工压力管道的缺陷评定具有很重要的意义。进行了含穿透裂纹碳钢管道的断裂试验,并尝试采用直流电位法实测了６根２０＃碳钢管试样的起裂载荷,同时,利用工程上常用的计算含缺陷压力管道起裂载荷的ＥＰＲＩ工程方法进行了计算,两者比较可见,所采用的测试方法是可行的     

含凹坑压力管道受轴向弯矩时的极限载荷分析

采用ANSYS有限元分析软件对含外壁凹坑的压力管道受轴向弯矩时的极限载荷进行了研究,建立了压力管道有限元模型,检验了有限元模型的计算结果。研究结果给出了管道结构塑性区扩展过程,分析了凹坑几何尺寸对管道极限载荷值的影响规律,结果表明,有限元模型计算结果与实测值比较吻合。     

钢纤维高强混凝土断裂能及裂缝张开位移

通过对钢纤维高强混凝土和高强混凝土试件的楔劈拉伸试验,探讨了钢纤维体积率(ψf)和切口相对深度对钢纤维高强混凝土断裂能(GfF)和临界裂缝张开位移(δc)的影响.结果表明:随着ψf的增加,GfF、临界裂缝嘴张开位移(δfmc)、临界裂缝尖端张开位移δftc均线性增加,钢纤维高强混凝土断裂能增益比、临界裂缝嘴张开位移和临界裂缝尖端张开位移的增益比亦基本呈线性增加.随着切口深度的增加,GfF和高强混凝土断裂能GF都有不同程度的减小.相对于高强混凝土,切口深度变化对GfF的影响较小.在试验的基础上,提出了GfF和Qfmc的计算公式.