摘 要

压力管道广泛应用于各行各业之中，是生产生活中不可或缺的过程设备，工作环境多变，输送介质复杂，因此结构更容易产生体积缺陷，引起危害，最为常见的管道缺陷就是局部减薄。目前对于各向同性含局部减薄管道的极限载荷研究已较为完善，但正交各向异性压力管道的失效评定研究较少。

本文将正交各向异性含局部减薄缺陷的压力管道作为研究对象，基于Hill 48各向异性准则推导缺陷管道极限承载力解析解，对比前人对各向同性缺陷管道的研究，通过理论分析结合有限元数值分析，研究不同载荷、不同缺陷对管道极限载荷的影响，主要研究工作及结果如下：

1. 研究纯内压载荷下局部减薄管道的极限载荷，推导各向异性缺陷管道的解析解、通过有限元方法对管道进行建模、对比理论解与有限元解，验证结果的正确性。
2. 研究纯弯曲载荷下局部减薄管道的极限载荷，对弯曲载荷作用下的极限载荷解析解进行推导、对比解析解与数值解；
3. 研究内压弯曲载荷联合作用下的极限载荷，建立多种有限元模型、简单讨论了一些次要因素的影响。
4. 对比不同因素作用于内压、弯矩、组合载荷局部减薄缺陷管道影响的异同，得到相关结论。

关键词：正交各向异性 局部减薄 压力管道 极限载荷

Limit Load Analysis of Orthotropic Anisotropic Pressure Pipelines with Local Thinning

Abstract

Pressure pipelines are widely used in various industries. They are indispensable process equipment in production and life. The working environment of pipelines is changeable and the transport medium for pipeline is diverse. Therefore, the structure is prone to volume defects. The most common volume defect is local thinning defect. At present, the research on the limit load of isotropic pipeline with local thinning defects is relatively perfect, but the failure evaluation of orthotropic pressure pipe is not commom.

In this thesis, the orthotropic pressure pipeline with local thinning defects is taken as the research object. Based on the Hill 48 criterion, analytical solution of limit bearing capacity of the defective pipeline is deduced. Through the analysis of theoretical methods and finite element methods, the effects of different loads and different defects on the limit load of pipelines are studied. The main research work and results are as follows:

1. Study the limit load of locally thinned pipeline under pure internal pressure, The analytical solution of orthotropic anisotropic defect pipeline is deduced, select the factors that affect the limit bearing capacity of the pipeline, simulate the defect pipeline by finite element method, and analyze the influence of various factors on limit load. The theoretical solution is compared with the finite element solution to verify the correctness of the result.
2. Study the limit load of locally thinned pipe under pure bending load, deduct the analytical solution of limit load under bending load, analyze the influence of various factors on the ultimate load, and compare the analytical solution with the numerical solution;
3. Study the limit load under the combined action of internal pressure and bending load, establish a variety of finite element models, and briefly discuss the influence of secondary factors.
4. Compare the similarities and differences of different factors acting on internal pressure, bending moment and combined load local thinning defect pipeline, the relevant conclusions are obtained.

目录

摘 要 1

Abstract 2

目录

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 含缺陷压力管道极限分析国内外研究进展 1

1.2.1国外研究进展 1

1.2.2国内研究进展

1.3课题研究的问题和研究手段 4

1.3.1研究的问题 4

1.3.2研究手段 4

第二章 纯内压下含局部减薄管道极限载荷分析 5

2.1 正交各向异性缺陷管道极限承载力理论解 5

2.1.1各项同性缺陷管道极限承载力评估准则 5

2.1.2正交各项异性缺陷厚壁管道极限载荷解析解 8

2.2正交各向异性缺陷管道极限承载力数值解

2.2.1局部减薄参数的选取

2.2.2纯内压局部减薄管道有限元模型的建立

2.2.3管道参数的选取 13

2.2.4网格划分 14

2.2.5边界条件及载荷设置 15

2.2.6有限元模拟 17

2.2.7极限承载力有限元结果 18

2.3正交各向异性缺陷管道解析解与数值解对比 19

2.4不同因素对缺陷管道极限载荷的影响 20

2.4.1单因素实验 20

2.4.2正交实验 23

2.5本章小结 26

第三章 纯弯曲下含局部减薄管道极限载荷分析 27

3.1 理论基础 27

3.1.1 NSC净截面垮塌准则 27

3.1.2 基本假设 27

3.1.3 纯弯曲加载下的极限载荷解析解 28

3.2 纯弯曲下局部减薄缺陷管道的有限元分析 29

3.2.1管道约束面的设置 30

3.2.2 边界条件及载荷施加 30

3.3纯弯曲下缺陷管道极限弯矩有限元结果

3.4不同因素对缺陷管道极限弯矩的影响 33

3.4.1正交实验 33

3.4.2单因素实验 36

3.4.3纯弯曲下缺陷管道的解析解与数值解对比 38

3.5本章小结 39

第四章 内压弯矩联合作用下含局部减薄管道极限载荷分析 40

4.1 组合载荷下缺陷管道有限元模型的建立 40

4.2 有限元模拟方案及结果 42

4.3不同因素对组合载荷缺陷管道极限载荷的影响 42

4.3.1缺陷在不同受力区域对极限载荷的影响 42

4.3.2缺陷位置对管道极限载荷的影响 43

4.3.3边界条件对管道极限载荷的影响 44

4.4本章小结

第五章 总结

参考文献

致谢

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

压力管道在工业生产和介质运输方面应用广泛，在化工、交通、石油、冶金等行业，压力管道都承担着非常重要的任务，由于管道的工作环境极其恶劣，因此常常需要考虑土载、雪载、地震载荷等载荷作用。压力管道运输的介质常为有毒易燃易爆物质，一旦发生泄漏，后果将非常严重，对人民的生命以及国家财产安全都将造成巨大威胁。因此对于压力管道极限承载力的评估将显得格外重要。

目前不同国家在役的压力管道由于受生产过程中技术因素影响，许多结构材料易存在先天缺陷，且受到环境侵蚀等因素影响，使用过程中造成体积型缺陷，相当一部分的设备是在高温高压环境下服役，给生产运行埋下了安全隐患。例如，1979年，美国德克萨斯州的一套基化装置中的管道爆裂，疏酸烷泄漏后遇明火引起爆炸，周围房屋建筑全部遭到严重损坏，直接经济损失达2400多万美元。国内压力管道事故也屡见不鲜，据统计我国每年由管道缺陷所造成经济损失多达600亿人民币。压力管道缺陷中最为常见的是由腐蚀、冲刷造成的局部减薄，增加管道泄漏和爆破的机会，造成管道检测、维修的费用提高。

1.2含缺陷压力管道极限分析国内外研究进展

1.2.1国外研究进展

20世纪70年代，发达国家工业高速发展，先后在压力管道失效方面展开了许多研究计划。40年来这些国家为压力管道方面的研究做出了巨大的贡献，也取得了很多瞩目的成果。除了各国独自开展的研究项目外，几次大规模国际合作的研究项目，大大推动了压力管道极限载荷及失效评定技术的进展。以下列举几个比较著名的压力管道研究计划：

以上是毕业论文大纲或资料介绍，该课题完整毕业论文、开题报告、任务书、程序设计、图纸设计等资料请添加微信获取，微信号：bysjorg。

相关图片展示：