發(fā)布時間：2020-09-10 19:31

　　 目前人們對于大管徑直埋敷設管道的安全性和穩(wěn)定性是關注的重點,局部應力集中大的管件如彎頭、三通等是管網(wǎng)最薄弱的環(huán)節(jié)。最新頒布的直埋規(guī)程中,對大管徑直埋管件的應力分析及驗算還缺乏相對應的理論依據(jù),無法精確預判及控制管件的應力和疲勞壽命。由此,本論文主要研究大管徑直埋管件的應力及疲勞壽命問題,利用ANSYS有限元分析軟件對受力復雜的直管段、彎頭和三通等管件進行數(shù)值模擬,模擬直埋熱力管件在不同影響因素下的應力狀態(tài)以及疲勞壽命情況,準確判定管件的疲勞壽命,確定直埋供熱管道的優(yōu)化方案。針對直埋管件的應力和疲勞壽命問題,主要做了以下幾方面的工作:首先對直埋熱水管道的應力準則進行詳細分析,確定出更適合直埋熱水管道應力計算和驗算的方法和公式。以此為基礎,建立直埋管道的熱彈性模型理論公式、管土作用模型和直埋管道的力學模型,作為后面有限元模擬研究的理論基礎。針對有限元分析軟件ANSYS及模擬所用單元進行了具體介紹,論述了有限元基本理論內(nèi)容,確定了熱應力的模擬方法。利用ANSYS建立了直管段、彎頭管段和三通管段基于接觸單元的局部管溝管土作用有限元模型,理論驗證了模型的正確性;對比分析了彎頭管段彎頭處采用管溝和直埋的熱應力模擬結(jié)果;確定了三通相貫線處圓角的最優(yōu)大小。利用ANSYS對彎頭管段和三通管段的模擬研究,可以得出:彎頭的一次當量應力和二次當量應力隨內(nèi)壓、管徑、壁厚和曲率半徑的變化規(guī)律;三通的一次當量應力隨內(nèi)壓、支管管徑和三通壁厚的變化規(guī)律,二次當量應力隨內(nèi)壓、溫差、支管管徑、支管長度和三通壁厚的變化規(guī)律;溫度作用下的熱應力產(chǎn)生的最大區(qū)域在彎頭處變化不大,在三通處變化較大;熱應力遠遠大于內(nèi)壓作用下的一次應力,內(nèi)壓作用對管件二次當量應力影響很小,熱應力作用是影響最大應力的主要因素;通過公式驗算和有限元模擬三通管段的疲勞壽命,說明了有限元法可以準確、快速的確定管件的疲勞壽命情況。最后對直埋熱水管道工程實例中的直埋無補償三通管系設計進行優(yōu)化,采用局部管溝的模擬優(yōu)化方案,確定了三通管系的應力薄弱區(qū)的具體位置,充分發(fā)揮了三通平行分支與Z字形的自然補償能力,符合了工程實際中的疲勞壽命要求,為以后的直埋供熱無補償工程設計提供一定的參考價值。
【學位單位】：河北建筑工程學院
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TU995.3
【部分圖文】：

歸納總結(jié)出最終實際應用的結(jié)論。本文研究技術路線如圖1-1。圖 1-1 研究技術路線Fig.1-1 The technology roadmap figure

2.5 管道應力驗算準則《城鎮(zhèn)供熱直埋熱水管道技術規(guī)程》和《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設計規(guī)范》中規(guī)定：供熱直埋管道應力驗算應該采用彈塑性分析法，并按應力分類法進行區(qū)分。一次應力采用極限分析。為防止直埋供熱管道發(fā)生塑性破壞，一次應力應小于管道材料屈服極限σs，增加安全系數(shù)后，則一次應力就小于材料基本許用應力[σ]。二次應力采用安定性分析。為使管道處于安定性狀態(tài)，對于二次應力的當量應力應不大于 2 倍屈服極限σs，為保證其強度的安全，需增加一定安全系數(shù)，由于 3[σ]<2σs，因此二次應力強度條件采用 3[σ]，即二次應力不超過 3[σ]。峰值應力采用疲勞分析。對于一次和二次應力在局部管件不連續(xù)處產(chǎn)生應力集中的當量應力(峰值應圖 2-1 管道應力變化范圍與安定狀態(tài)Fig. 2-1 range of stress variation and shakedown state of pipeline

第 2 章 供熱直埋熱水管道應力分析與驗算內(nèi)壓環(huán)向應力[24]： sin2sin4idiitRrPDRr ：t ——環(huán)向內(nèi)壓應力，MPa；R ——彎頭曲率半徑，m；ir ——鋼管內(nèi)徑，m； ——彎頭處某點與鋼管橫截面內(nèi)外側(cè)分界面的夾角，如

【參考文獻】

相關期刊論文 前6條

1 錢爭暉;;大管徑直埋熱水管道直管段的設計計算[J];區(qū)域供熱;2012年05期

2 翁劍成;;基于ANSYS軟件的三通管疲勞壽命分析[J];化工設備與管道;2011年03期

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本文編號：2816227