【正文】 m） a b c 1 2 3 4 5 6 7 8 9 南京工業(yè)大學本科生畢業(yè)論文如圖43 四處最大應變點位置 （a）整個彎管 （b）去除加載端直管段 （c）只留不加載端直管段 (d)只留減薄區(qū)由表411可知，去除加載端直管段極限載荷T只留不加載端直管段極限載荷T2和只留減薄區(qū)的極限載荷T3相差不大，甚至出現(xiàn)減薄區(qū)極限載荷T3大于TT2的情況。綜上所述，含減薄缺陷彎管受到扭矩作用時，在受載處的極限載荷最小，最先達到極限狀態(tài)，而彎管其它位置（包括減薄區(qū)）所受影響不大，承載能力較均衡。 本章小結(jié)通過對含局部減薄彎管進行的在內(nèi)壓、彎矩、扭矩作用下極限載荷的有限元分析，得到如下結(jié)論：（1） 有限元計算結(jié)果表明含局部減薄彎管極限內(nèi)壓隨缺陷尺寸參量a、b、c第四章 含局部減薄彎管極限載荷的數(shù)值分析的增大而減小，其中c對極限載荷影響最明顯，a次之，b的影響很小。（2） 有限元計算結(jié)果表明含局部減薄彎管極限彎矩與缺陷尺寸參量a、b、c有關(guān)，其中b對極限載荷影響最明顯，c次之，a的影響很小。（3） 有限元計算結(jié)果表明含局部減薄彎管極限扭矩與缺陷尺寸參量a、b、c有關(guān)，其中a對極限載荷影響最明顯，b次之，c的影響很小。（4） 有限元計算結(jié)果表明含局部減薄彎管在受到扭矩作用時，總是在受載處最先達到極限狀態(tài)，局部減薄區(qū)與其它部位承載能力較均衡。南京工業(yè)大學本科生畢業(yè)論文第5章 彎管安全評定方法 引言在石油化工工業(yè)中，壓力管道普遍存在著缺陷，尤其是彎管，局部減薄是比較常見缺陷的之一。局部減薄缺陷的存在降低了承載能力，增加了疲勞裂紋萌生、局部鼓脹、泄漏及爆破的危險，影響管道的安全運行，因此準確地預測壁厚局部減薄管道的失效，對于管道的維護和完整性評價是非常重要的。壓力管道中的局部減薄缺陷受到國內(nèi)外研究機構(gòu)和人員的關(guān)注，并已開展了一系列的試驗研究，提出了一些安全評定的方法，制定了部分標準的規(guī)范，在工程上得到了應用。 B31G 標準ASME B31G規(guī)范是目前世界上廣泛應用的管道缺陷評定規(guī)范，其它腐蝕缺陷評定規(guī)范都是在其基礎上發(fā)展起來的。B31G中計算含腐蝕缺陷管道的失效應力基本公式為： （51）式中：—管道環(huán)向失效應力，MPa； —管道材料的流變應力，為材料的最小屈服應力，MPa； A—缺陷剖面投影面積，； —缺陷處管道壁面積，,； L －缺陷軸向長度，mm； t －管道壁厚，mm； M －鼓脹系數(shù)，； D－管道平均直徑，mm。B31G規(guī)范將腐蝕缺陷分為短缺陷和長缺陷，并且把腐蝕剖面曲線簡化為拋物線或者矩形：當時，缺陷視為短缺陷，此時用拋物線面積來擬合缺陷面積，即第五章 彎管安全評定方法,則可得到管道的失效壓力為： （52）式中：d—腐蝕管道最大缺陷深度，mm。當時，缺陷視為長缺陷，此時用矩形面積來擬合缺陷面積，即A=dL，并將的值取為1，則可得到管道的失效壓力為： （53），許多學者認為取值過于保守，美國天然氣協(xié)會的Kiefner和Vieth等人于1989年對B31G提出了修正意見，建議流變應力取為： （54）而英國R6 方法建議流變應力取值為： （55）式中：—屈服極限，MPa； —強度極限，MPa； 《在用含缺陷壓力容器安全評定》的評定方法“九五”期間，國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局鍋爐壓力容器檢測中心主持的“九五”國家重點科技攻關(guān)項目，對含局部減薄缺陷壓力管道的評定方法進行了全面研究。通過三維結(jié)構(gòu)塑性極限分析的數(shù)值計算、含局部減薄壓力管道塑性極限載荷的數(shù)值分析和試驗研究，根據(jù)2000多個算例的計算結(jié)果和大量全尺寸管道的試驗研究，再通過數(shù)據(jù)擬合得到了極限載荷的曲線，得到了含局部減薄缺陷壓力管道極限載荷評定方法。 對于管道內(nèi)表面的不規(guī)則局部減薄缺陷，根據(jù)其實際位置，將其規(guī)則化為軸向半長A、環(huán)向半長B 及深度C 的表面缺陷。具體見圖51 所示。對規(guī)則化后的直管局部減薄缺陷的尺寸進行無量綱化處理，得到相對軸向長南京工業(yè)大學本科生畢業(yè)論文度a，相對深度b 和相對環(huán)向長度c，具體計算式如下： 式中：，—管內(nèi)外壁的半徑，mm； C，T—分別為管道壁厚損失與管道平均壁厚，mm。極限載荷評定曲線方程見下：圖51 管道局部減薄缺陷表征示意圖 （56） 式中：P，M—管道所受的內(nèi)壓和彎矩，單位分別為MPa 和 ； ，—含局部減薄管道的極限內(nèi)壓與彎矩，單位分別為MPa 和KN?m； （57） （58） 式中：,—無缺陷管道的極限內(nèi)壓與彎矩，單位分別為MPa 和第五章 彎管安全評定方法KN?m； ，—極限內(nèi)壓和彎矩的修正系數(shù)； （59） （510） （511） （512） 式中：—流變應力，值為，MPa； —缺陷幾何參量； （513） （514） 該推薦方法的適用范圍是：管道外內(nèi)直徑之比≤；其減薄缺陷的深度應，缺陷底部的最小壁厚應≥2mm。以上規(guī)范都是針對直管的缺陷評定，對彎管的評定規(guī)范尚未形成。因此有必要依據(jù)有限元計算和試驗結(jié)果，提出局部減薄彎管在承受內(nèi)壓、彎矩、內(nèi)壓與彎矩聯(lián)合作用下的允許工作載荷，為制訂相應規(guī)范提供依據(jù)。韓良浩對內(nèi)壓作用下局部減薄管道進行了有限元計算，并對結(jié)果進行了擬合，得到以下公式： （515）南京工業(yè)大學本科生畢業(yè)論文其中，，為和的函數(shù)。 （516）其中為徑比。在純彎矩的情況下，利用凈截面破壞準則，Miller給出了局部減薄管道的極限彎矩M 與無缺陷管道的極限彎矩 比為： 或 （517） （518） 式中，為管道平均半徑，為管道壁厚，為管道材料的流變應力，為減薄深度，為周向減薄半角，為無缺陷管道極限彎矩，根據(jù)凈截面全屈服準則推導得出。 本章小結(jié)本章根據(jù)有限元分析提出了含局部減薄彎管在只受內(nèi)壓或者彎矩情況下的安全評定方法，目前尚未推出含缺陷彎管在只受到扭矩作用下的安全評定方法。第六章 結(jié)論與展望第6章 結(jié)論及展望 結(jié)論局部減薄是常見的壓力管道體積型缺陷之一，對含局部減薄缺陷管道的研究工作主要集中在直管，而管道系統(tǒng)中存在著相當多的彎管。國內(nèi)外對含局部減薄彎管的研究較少，局部減薄彎管在扭矩下的極限載荷的研究基本上是空白。本文通過應用有限元軟件模擬含局部減薄缺陷彎管在受到單一內(nèi)壓、單一彎矩、單一扭矩時的變形情況，得到加載與應變關(guān)系，從而求得極限載荷。并對所求得的極限載荷進行方差分析，初步探究了局部減薄尺寸對彎管極限承載能力的影響。（1） 對外拱內(nèi)壁局部減薄彎管，有限元計算結(jié)果表明局部減薄彎管極限內(nèi)壓隨缺陷尺寸參量a、b、c的增大而減小，c對極限載荷影響最明顯，a次之，b的影響很小。（2） 對外拱內(nèi)壁局部減薄彎管，有限元計算結(jié)果表明局部減薄彎管極限面內(nèi)閉合彎矩與隨缺陷尺寸參量a、b、c有關(guān)，b對極限載荷影響最明顯，c次之，a的影響很小。（3） 對外拱內(nèi)壁局部減薄彎管，有限元計算結(jié)果表明局部減薄彎管極限面內(nèi)閉合彎矩與隨缺陷尺寸參量a、b、c有關(guān)，a對極限載荷影響最明顯，b次之，c的影響很小。 (4) 對外拱內(nèi)壁局部減薄彎管,有限元計算結(jié)果表明含局部減薄彎管在受到扭矩作用時，總是在受載處最先達到極限狀態(tài)，局部減薄區(qū)與其它部位承載能力較均衡。 (5) 根據(jù)本研究進行有限元數(shù)值計算，提出了含局部減薄缺陷彎管的極限內(nèi)壓、極限彎矩的計算式。 展望（1） 本文只考慮了單一內(nèi)壓與單一面內(nèi)彎矩、單一扭矩載荷作用，實際情況可能還有面外彎矩及各種載荷綜合作用等。對復雜載荷作用下彎管極限載荷需作進一步的研究。（2） 由于時間原因，含缺陷彎管的計算模型數(shù)量受到限制，因此所得到的結(jié)果南京工業(yè)大學本科生畢業(yè)論文有必要進行大量的計算和進一步的試驗加以論證，從而得出更有普遍意義的結(jié)論。（3） 本文有限元分析研究中采用的是理想彈塑性材料，與實際情況有一定距離，研究成果的普適性有待進一步推敲。（4） 由于時間原因，本文只研究了含局部減薄缺陷彎管的極限載荷情況，沒有對無缺陷彎管進行計算分析，缺少對比。參考文獻參考文獻[1] [D].南京:南京工業(yè)大學碩士論文,2001.[2] 韓良浩. 局部減薄管道的極限載荷分析[D]. 上海:華東理工大學博士論 文,1997.[3] 韓良浩，柳曾典. 內(nèi)壓作用下局部減薄管道的極限載荷分析[J]. 壓力容器,1998.[4] 韓良浩，柳曾典. 彎曲載荷作用下局部減薄管道的極限載荷分析[J]. 壓力容器, 1998.[5] 署恒木. 周向裂紋管道在含扭轉(zhuǎn)各種組合變形時的極限載荷分析[J]. 機械強度, 2002，24（1）：093097.[6] 署恒木. 含周向裂紋管道在非對稱彎矩組合載荷作用下塑性極限載荷分析[J]. 石油大學學報（自然科學版）, 2001，25（2）：9194.[7] 李鳴，胡兆吉，李培寧. 基于凈截面失穩(wěn)準則的周向裂紋管塑性極限載荷通用解[J]. 南昌大學學報（工科版）, 1998，20（3）：5558.[8] 胡兆吉，嚴軍華，徐宏，李培寧. 基于NSC 準則的周向裂紋管塑性極限載荷分析[J]. 壓力容器, 1998，（1）：19.[9] 郭茶秀. 拉、彎、扭、內(nèi)壓載荷下面型缺陷直管與彎管的塑性極限載荷[D].上海：華東理工大學博士學位論文，1999.[10] Goodall I W. Lower Bound Analysis of Curved Tubes Loaded by Combined Internal Pressure and Inplane Bending[J]. CEGB RD/B/N4360, 1987.[11] BSI PD6493Draft Appendix F 1995[S], British Standard Institution.[12] 潘家華，郭光臣，高錫祺. 油罐及管道強度設計[M]. 北京：石油工業(yè)出版社，1986.[13] Shalaby M A, Younan M Y A. Limit Loads for Pipe Elbows with Internal Pressure under InPlane Closing Bending Moments [J]. Journal of Pressure Vessel Technology, Transactions of the ASME, 1998, 120: 3542.[14] Marcal P V. ElasticPlastic Behavior of Pipe Bends Under Inplane Bending [J].J. Strain Anal., 1967, 2(1): 8490.南京工業(yè)大學本科生畢業(yè)論文[15] Calladine C R. Limit Analysis of Curved Tubes [J]. J. mech. Eng. Sci., 1974,16(2): 8587.[16] Goodall I W. Large Deformations in Plastically Deforming Curved Tubes Subjected to InPlane Bending