公司名稱：南昌孟龍實(shí)業(yè)有限公司
聯(lián)系人：劉經(jīng)理(13767010068)
固定電話：0791-86653069
文本傳真：0791-86653269
電子郵箱:menglonggj@126.com
公司地址:江西省南昌市灌嬰路金潤(rùn)二期6棟32-33號(hào)
1.異徑管的邊緣應(yīng)力
在壓力管道應(yīng)力分析中，采用了薄壁假設(shè)以及一般不進(jìn)行詳細(xì)的局部應(yīng)力分析，只對(duì)應(yīng)力按一次應(yīng)力和二次應(yīng)力的層次進(jìn)行分類及校核。異徑管雖然是管道元件，但是這里對(duì)其的分析側(cè)重于圓截面殼體分析，而不是管道分析，考慮到異徑管應(yīng)力分析工作很少見有報(bào)道，而異徑彎管的極限內(nèi)壓主要與大端面有關(guān)，因此有必要對(duì)邊緣局部應(yīng)力問題進(jìn)行討論。
(1) 工程管線中的異徑管存在邊緣應(yīng)力 一般地說，必須滿足如下三個(gè)條件才能使用無矩理論算出的結(jié)果近似反映殼體的實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)而達(dá)到工程設(shè)計(jì)中可以接受的程度：①薄殼的中面必須是光滑的曲面，即沒有斜率、曲率和扭率的突變，此外，殼體厚度也應(yīng)無突變；② 薄殼所受的外載荷應(yīng)是連續(xù)分布的且分布規(guī)律是沒有突變的，更不能有集中外載作用于殼體；③ 薄殼邊界上的撓度和繞邊界線的轉(zhuǎn)動(dòng)不受約束。
高壓管道安全起見減少焊縫，往往不使用預(yù)制彎頭，而使用熱煨彎管，此時(shí)彎管往往帶有一小段直管段與管道相聯(lián)，不存在因焊縫引起的邊緣應(yīng)力問題。結(jié)構(gòu)不連續(xù)產(chǎn)生的邊緣應(yīng)力主要屬于二次應(yīng)力，其對(duì)極限載荷的削弱程度很小，分析時(shí)可忽略其的影響。但是，異徑管件均屬預(yù)制管件，其兩端不可避免地存在與直管連接的焊縫，也就存在結(jié)構(gòu)和材料性能的突變，引起的邊緣應(yīng)力是局部薄膜應(yīng)力，具有二次應(yīng)力的性質(zhì)，無法滿足上述的第①點(diǎn)條件；薄壁等徑彎管和異徑彎管實(shí)際上常常設(shè)有固定或彈性固定約束，屬于一次局部薄膜應(yīng)力，都無法滿足上述的第③點(diǎn)條件。實(shí)際上，無論哪一種工藝方法制造的彎管其橫截面一般都存在一定程度的非圓形及壁厚不均勻，常近似為橢圓度ρ = 1%～10%的橢圓。很多學(xué)者早就對(duì)內(nèi)壓下橢圓截面的附加彎曲應(yīng)力進(jìn)行了研究，由于異徑管橢圓或面積差引起的彎曲應(yīng)力屬于一次彎曲應(yīng)力。
由前面的分析知，內(nèi)壓作用下彎管純粹的無矩應(yīng)力狀態(tài)很難辦到，要考慮到所有的影響因素會(huì)把問題復(fù)雜化，特別是異徑彎管的變動(dòng)半徑往往使得力和力矩的求解過程需同時(shí)對(duì)圓周角φ和經(jīng)向彎角θ積分，公式推導(dǎo)十分復(fù)雜。考慮到等徑彎管的環(huán)向應(yīng)力公式(2-7)沒有考慮邊緣應(yīng)力的影響也已經(jīng)受了長(zhǎng)期的工程檢驗(yàn)，而薄膜理論解已可以足夠近似地解決異徑管的應(yīng)力問題，因此，工程管線中異徑管的邊緣應(yīng)力一般來說可以忽略。
2.異徑彎管的局部應(yīng)力
一般地說，在分析環(huán)形殼的內(nèi)力時(shí)只考慮環(huán)形殼的整體結(jié)構(gòu)力的平衡，不考慮其局部結(jié)構(gòu)力的平衡。在DL/T515《電站彎管》和SY 5257《鋼制彎管》標(biāo)準(zhǔn)中，彎管的彎曲半徑R≥3D 且兩端直段長(zhǎng)度一般在500mm~1500mm，因此把彎管看作是環(huán)殼的一部分而又不考慮直管對(duì)彎管極限壓力的影響來推導(dǎo)彎管的極限壓力式將不可避免導(dǎo)致誤差。
圖2.2(a) 和(b)分別是一兩端帶直管異徑彎管承受內(nèi)壓時(shí)的有限元分析模型變形趨勢(shì)箭矢圖和變形前后輪廓比較圖，在一端直管沒有外物約束時(shí)，彎管有開彎的趨向。但是，由于工程實(shí)際上彎管兩端所連接直管的限制情況，使得彎管將受到類似閉彎的彎矩作用。
分析圖2.1(a)、(b)的異徑彎管及圖2.3 的等徑彎管發(fā)現(xiàn)，無論是異徑彎管或等徑彎管，其中線上徑向向外的管壁表面積均要比中線上徑向向內(nèi)的管壁表面積大，在同一內(nèi)壓作用下，徑向向外的作用力要大于徑向向內(nèi)的作用力，為了平衡該作用力差，彎管中會(huì)存在一定的彎矩及其引起的局部應(yīng)力。Sobel 和Newman 在1977 年指出，對(duì)于實(shí)際管線中徑厚比20≤r/t≤50 的90°彎管，從彎管的一端到另一端其橫截面的非圓形是逐漸變化的，中心截面的應(yīng)力最大而成為失效的起點(diǎn)。前人還發(fā)現(xiàn)：內(nèi)壓使彎管具有開彎趨勢(shì)的；文獻(xiàn)指出，對(duì)于幾何尺寸完全相同的彎管，等徑彎管在內(nèi)壓和閉彎聯(lián)合作用時(shí)的極限彎矩比內(nèi)壓和開彎聯(lián)合作用時(shí)的極限彎矩要大些；劉應(yīng)華等人在對(duì)彎管的極限載荷進(jìn)行有限元分析時(shí)指出，內(nèi)壓對(duì)彎管橫截面的變形有恢復(fù)影響，即內(nèi)壓能增加彎管結(jié)構(gòu)的剛度并且減少橫截面的橢圓，這樣可提高彎管結(jié)構(gòu)的極限承載能力；Hilsenkopf 等學(xué)者進(jìn)行彎管實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)內(nèi)壓對(duì)彎管起加強(qiáng)作用抵抗截面的橢圓變形，使閉彎極限彎矩提高了55%。
初步分析發(fā)現(xiàn)，工程管線中的偏心異徑管和異徑彎管一樣，因?yàn)槠浔旧淼姆禽S對(duì)稱結(jié)構(gòu)，即便是薄壁，在內(nèi)壓作用下管壁中的內(nèi)力矩也不會(huì)完全等于零，而是會(huì)產(chǎn)生局部彎矩及其應(yīng)力。但是在異徑管的端面，內(nèi)力矩為零。
