含缺陷不銹鋼彎管的彈性性能分析
工業生產中很多管道輸送網絡都要求能承受高溫、高壓,當不銹鋼彎管管道內的流體轉彎時,會對彎管凸邊形成較大沖擊,在彎管凹邊一側反而形成減壓區,這就造成彎管受力大的地方薄弱、受力小的部位反而變厚的不合理現象。正是存在這一工藝缺陷,使長期工作在疲勞荷載作用下的彎管疲勞開裂的可能性比直管更大,從而為爆炸、火災等災難性后果的發生埋下了隱患。鑒于彎管在管路元件中扮演重要角色,其完整性與否直接和生產的順利進行與人民生命財產的安全相掛鉤。
由第2章和第3章知道不銹鋼厚壁彎管的內側內壁點在內壓作用下 Mises應力最大,為整個構件的最危險點。本章擬選用工程中常見的90°厚壁彎管,并假定不銹鋼彎管的45°內壁內側點含有半橢圓表面裂紋缺陷進行有限元彈性分析,在內壓和彎矩兩種不同荷載的作用下,計算出不同徑比(R./Ri)、形狀比(c/a)、深度比(clt)、內壓(Pi)、彎矩(M.)、彎曲半徑與不銹鋼彎管直徑比(K)以及裂紋位置角度(φ)下的I型應力強度因子K1值,并找出這些參數對K1的影響規律。
本章主要對含半橢圓表面裂紋的不銹鋼厚壁彎管進行了有限元分析。首先給出了不銹鋼彎管的幾何模型及相關計算參數;詳細介紹了含半橢圓裂紋彎管的有限元建模流程,荷載及邊界條件的選取;對僅承受內壓作用的厚壁彎管進行了彈性有限元分析,通過光滑彎管和含半橢圓裂紋彎管的 Mises 應力圖對比,闡述了含裂紋彎管的應力分布特點。之后,針對影響因素R./Ri、clt、cla、K、φ、P;和Mo,分五組計算了I型應力強度因子,分析和總結了K1隨影響因素的變化情況;對僅承受彎矩作用的不銹鋼厚壁彎管進行了彈性有限元分析,計算了K1值并研究了變化規律。
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