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針對局部減薄彎頭的極限載荷研究
- 2021-01-25-

        局部減薄是彎頭常見的缺陷,但國內外對此類缺陷的研究主要針對直管,對彎頭局部減薄的研究少有文獻報道。本文通過詳細的有限元計算和理論分析,研究了在內壓和彎矩作用下局部減薄對彎頭極限承載能力的影響,以及內壓作用下多局部減薄的相互干涉效應和彎矩作用下直管對彎頭極限載荷的加強作用,并進行了部分實驗驗證,得到了以下研究成果:

        1.用有限元方法對內壓作用下局部減薄彎頭的極限載荷進行了系統地分析和計算,得出局部減薄彎頭的極限壓力與局部減薄的直管不同,彎頭的極限壓力不僅取決于局部減薄大小,還與局部減薄位置和彎曲半徑有關,如采用局部減薄直管的計算方法評定彎頭,則會得出不安全或過于保守的結果;同時減薄寬度對極限載荷的影響也不可忽略。在有限元分析的基礎上給出了局部減薄彎頭極限壓力的計算公式,公式計算結果與有限元計算和實驗結果都相當吻合并偏安全,計算公式可以實際應用于局部減薄彎頭的安全評定,補充了該項研究的空白。

        2.通過有限元分析,研究了在內壓下多局部減薄之間的相互干涉效應,研究表明多局部減薄的相互影響不僅與間距有關,還與減薄深度有關。指出減薄深度較淺時,軸向局部減薄間距大于2倍壁厚,雙局部減薄的極限載荷與單個局部減薄的極限載荷基本相同;當減薄深度較深,軸向局部減薄間距大于4倍壁厚時,雙局部減薄的極限載荷與單個局部減薄的極限載荷基本相同,補充了現有研究的不足。

        3.通過有限元計算,研究了相連直管對彎頭極限彎矩的加強作用,指出與彎頭相連的直管會使彎頭的極限彎矩增大,彎曲半徑不同時,彎頭極限載荷增加量不同。當相連直管長度大于3倍管徑時,直管對彎頭的強化作用不再增加。該項研究補充了直管對彎頭加強作用研究的不足。

        4.通過有限元分析詳細研究了局部減薄對彎頭極限彎矩的影響,得出面內彎矩作用下局部減薄彎頭極限彎矩的大小與減薄位置、減薄尺寸及彎曲半徑有關。研究表明在彎矩作用下,幾何非線性的影響是顯著的。在內壁局部減薄和大變形有限元分析的基礎上,給出面內彎矩作用下局部減薄彎頭極限彎矩的計算公式,計算結果可以較準確并偏保守地反映出有限元計算結果,并與實驗結果相符。該項研究填補了這一領域的空白。





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