初始曲率对管道承载能力的影响

发布时间：2024-04-14 07:23

　　为研究初始曲率对管道承载能力的影响,基于梁理论建立管道横截面应变能与变形之间的数学关系式,采用三角级数法对方程进行求解,获得了管道的弯矩和椭圆度。以φ254 mm(10 in)管道为例,基于有限元仿真计算了含有初始曲率管道的弯矩、张力承载能力和椭圆度,并通过试验对弯矩和椭圆度进行比较分析。研究结果表明:随初始曲率增大,弯矩呈现先增加再减小的规律,椭圆度则一直增大;含有初始曲率的管道比没有初始曲率的管道弯矩承载能力更小、椭圆度更大;管道张力承载能力随初始曲率和弯曲段长度的增加而降低;在相同初始曲率下,管道相对弯矩的试验值和仿真值分别比理论值大约18. 9%和8. 5%,椭圆度试验值比理论值和仿真值分别小约17. 5%和9. 1%,说明理论值偏保守,但偏差在工程应用的允许范围内,验证了理论方法的正确性。研究结果可为管道安全设计提供一定的参考。

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【部分图文】：

图7试验值和理论值对比

图6试验方案4结论

图1管道变形示意图

为便于分析，将管道横截面变形过程简化，建立了管道变形示意图，如图1所示。管道壁厚为t，平均半径为r，管道横截面变形为a，任意一点A(A为管道中径上的点)在环向和径向的位移为v、w，单位为m。管道在受力变形时，其变形能U主要由轴向应变能和环向应变能组成，即有:

图2管道弯曲有限元分析图

选取管道外径254mm(10in)，壁厚10mm，弹性模量207GPa，屈服强度414MPa，硬化指数n=10.3。采用ANSYS软件对管道弯曲过程进行模拟，其初始曲率为0.1m-1，弯曲长度l1为直径D的8倍。为减少计算量，取其??作为分析模型。网格划分后的有限元模....

图3初始曲率对相对弯矩的影响曲线

图3为初始曲率对相对弯矩的影响曲线。从图3可以看出:随着初始曲率的产生，管道的弯矩承载能力变小;随弯曲曲率的增大，管道相对弯矩呈现出先增加再减小的趋势。其原因在于管道发生屈曲后，为减小弯曲应力对管道受力的影响，通过横截面形状的变化降低管道的最大应力，而横截面的变化又降低了弯矩的承....

本文编号：3954321