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文檔簡介
7/7北京化工大學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明:所呈交的學位論文,是本人在導師的指導下,獨立進行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外,本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體,均已在文中以明確方式標明.本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。作者簽名:至塹.日期:絲衛(wèi)生蘭魚圣』魚關于論文使用授權的說明學位論文作者完全了解北京化工大學有關保留和使用學位論文的規(guī)定,即:研究生在校攻讀學位期間論文工作的知識產(chǎn)權單位屬北京化工大學。學校有權保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和磁盤,允許學位論文被查閱和借閱;學??梢怨紝W位論文的全部或部分內(nèi)容,可以允許采用影印、縮印或其它復制手段保存、匯編學位論文.保密論文注釋:本學位論文屬于保密范圍,在土年解密后適用本授權書.非保密論文注釋:本學位論文不屬于保密范圍,適用本授權書.作者簽名:日期:導師簽名:日期:學位論文數(shù)據(jù)集嬲嬲嬰中圖分類號TH學科分類號470.3030論文編號1001020110611密級公開學位授予單位代碼10010學位授予單位名稱北京化工大學作者姓名王妍學號20080006ll獲學位專業(yè)名稱流體機械及工程獲學位專業(yè)代碼080704課題來源自選項目研究方向壓力管道技術論文題目環(huán)焊縫含錯邊和不同心缺陷壓力管道的極限載荷分析關鍵詞壓力管道,環(huán)焊縫,錯邊缺陷,不同心(噘嘴)缺陷,極限載荷論文答辯日期2011.05。26宰論文類型應用研究學位論文評閱及答辯委員會情況姓名職稱工作單位學科專長指導教師錢才富教授北京化工大學化工機械評閱人1范德順教授北京化工大學化工機械評閱人2戴凌漢高工北京化工大學化工機械評閱人3評閱人4評閱入5答辯委員會主席蔡紀寧高工北京化工大學流體密封技術全國鍋爐壓力容器答辯委員1陳朝暉高工化工機械標準化委員會答辯委員2范德順教授北京化工大學化工機械答辯委員3張秋翔高工北京化工大學流體密封技術答辯委員4陳平副教授北京化工大學化工機械答辯委員5戴凌漢高工北京化工大學化工機械注:一。論文類型:1?;A研究2。應用研究3。開發(fā)研究4.其它二.中圖分類號在《中國圖書資料分類法》查詢.三.學科分類號在中華人民共和國國家標準(GB/T13745—9)《學科分類與代碼》中查詢.四.論文編號由單位代碼和年份及學號的后四位組成。摘要心缺陷壓力管道的極限載荷分析摘要工業(yè)中的特殊設備,在管道安裝中,由于施焊條件的限制,管道連接環(huán)焊縫往往存在一些焊接缺陷,錯邊缺陷或不同心缺陷都是常見的也是難以避免的缺陷,缺陷的存在勢必會影響管道的安全運行,危及人民生命財產(chǎn)的安全.因此,對含缺陷壓力管道進行承載能力分析,具有重要理論意義和工程應用價值。本論文針對環(huán)焊縫含錯邊或不同心缺陷的壓力管道,采用ANSYS軟件建立有限元模型,進行了內(nèi)壓作用下的非線性應力分析,并按兩倍彈性斜率法和雙切線法計算了管道的極限載荷.研究表明,受壓力作用時在管道缺陷區(qū)域產(chǎn)生應力集中,其大小隨接頭處缺陷的增加而增大。極限載荷的大小隨缺陷尺寸的增加而下降。按雙切線法得到的塑性極限載荷偏小,或者說,按此進行的管道強度設計或安全評定偏于保守。在有限元計算結果的基礎上,論文將極限載荷擬合為管道直徑、壁厚及缺陷大小的函數(shù).數(shù)值驗算表明,擬合關系式在管徑從500Im到900Imn,壁厚從6姍到lOmm,錯邊量從1IIuIl到5nun或不同心量從10~100的范圍內(nèi)具有很高的精確度.最后,論文根據(jù)擬合關系式,開發(fā)了環(huán)焊縫含錯邊或不同心缺陷的壓力管道極限載荷計算程序,該程序可很容易計算出任意含錯邊或不同心缺陷的環(huán)焊縫壓力管道的承壓能力,從而有助于含此類缺陷管道的工程設計或安全評定。工心(噘嘴)缺陷,極限ABSTRACTLIMlTLOADANALYSISoFPRESSURIZEDPIPESWlTHCIRCUMFERENTIALWELDSHAVINGUNFITNESSORMISALIGNMENTDEFECTSABSTRACTPressurizedpipeismespecialequipmentiIltheoilandgasindustry.Int11epipelmeiIlstallation,duetoweldil瑪conditions,itisdimcuht0aVoidweldiI培defectsintlleweld鋤ongwhichllllfi廿lessandmisalig嘞entaret11ecommondefects.EXistenceofd【efectswillinnuencetllesaf.etyoperationofpipes鋤dmayhaVepotemialdallgertohumaIllifcaIldpropenies.Tllerefore,ith嬲bomtheoreticalsi印ificallcea11dpracticalValuetoaIlalyzetheload-canyillgcapabil塒ofthepres翻lrizedpipeswimdefects。Inthispaper,fmiteelementmodelusillgANSYSwasestablished蠡)rt11epressurizedpipeswit圭lcirCum免rentialweldshaviIlgun丘tIless0rnlisaligIullentdef.ects.Non-lillearstress鋤alysismlderi11temalpressurewaSperf.onlledaIldliIllitloadsbasedontwo-t婦einjtialslopeasweUasdoubleslopememodswerecalculated。Resultsshowthat(yī)underpressurelOadiIlg,s卸essconcen饑牡ionoCcursat(yī)thesitewheredefectpresentswitllthemagnitudeiIlcreasillgwitllt11edefectsize.Asaresult,tllelimitloaddecreaseswitIliIlcreasillgmedefectsize.T11eliIIlitloadbasedondoubleslopemethodisrelativelysmaller,orinomerwords,stl。engthdesignorsaf-etyassessmentwithmismethodismoreconseⅣative.Basedonf.miteelementresults,fommlasforcomputiI崦thelimitloadswerefittedasme向nctionsofpipedi鋤eter’wallmicknessanddef.ects訖e.NumericaltestsI。evealedtllat(yī)t11ef.o徹ulasareaccurat(yī)eenou曲inmerangeofpressur娩edpipeswithdi鋤eterf如m500咖to900mm.wallmicknessf}om6mmto1OmmandunfitllessdefIectf沁m1mmtoⅢ北京化工大學碩士學位論文5舢Ormisalig啪emdefect行Om1oto1Oo。Fmally,aso腳areforcomputmgtllelimitloadsformepressurizedpipeswimcircumferemialweldshaViIlgunfitnessormisaligImlentdefectshasbeendevelopedwhichcanbeusedtocalculatetllepipeload—car巧ingc?。幔猓椋欤椋簦鵨asilyand,Ⅱms,ishelp如lfortlle伽唔i11eemgdesignorsaf.etyassessmentoftllepressurizedpipeswitllt11esekindsofdef。ects.KEYWoRDS:pres毗edpipes,c試mmfIerentialweld,unfi缸lessdef.eCt,misaligmnentdef-eCt,limitloadⅣ1.1壓力管道基本介紹………………..11。1.1壓力管道定義………………:………………….11.1.2壓力管道類別劃分……………….11。1。3我國壓力管道概況……………….21.2壓力管道的缺陷研究………………31.2。1缺陷分類……….31。2.2形成焊接缺陷的原因…………….31.3國內(nèi)外含缺陷壓力管道的研究……..41.3.1國內(nèi)外對壓力管道的研究…………41.3.2國內(nèi)外含缺陷壓力管道的安全評定規(guī)范……………51。3。3國內(nèi)外壓力管道缺陷評定方法…….51。3.4含缺陷壓力管道的失效類型………71。3。5國內(nèi)外含缺陷壓力管道安全評定的發(fā)展趨勢………..81.3。5.1國外含缺陷壓力管道安全評定發(fā)展趨勢………….81.3。5.2國內(nèi)含缺陷壓力管道安全評定發(fā)展趨勢………….81。4一些前人研究成果………………..91.5本文研究內(nèi)容及方法……..12第二章極限載荷理論分析……..132.1極限分析概念…………………..132.2極限載荷的確定方法…………….132.2.1解析分析法……………………132.2.2塑性極限定理…………………132.2.3數(shù)值分析法……………………142.2。4實驗法……….142.3承壓設備塑性失效過程…………。142.4塑性失效分析數(shù)值模擬方法………15V北京化工大學碩上學位論文2.5材料本構模型…………………。.172.6極限載荷確定準則………………182。7前人應用極限載荷法列舉…………………。192.8ANSYS有限元軟件極限載荷分析理論介紹………….202.8.1ANSYS有限元分析軟件介紹……..202。8.2本論文的ANSYS分析極限載荷的過程………..20第三章環(huán)焊縫含錯邊缺陷壓力管道的極限載荷分析………….。253。1環(huán)焊縫含錯邊缺陷壓力管道有限元模型的建立……..253.Ll含錯邊缺陷管道結構……………253.1.2有限元幾何模型……………….263.1。3施加載荷與邊界條件……………273。2含錯邊缺陷壓力管道應力分析……283.3含錯邊缺陷壓力管道極限載荷分析………………。.293.3。1含錯邊缺陷壓力管道塑性極限載荷計算結果……。.293.3.2載荷一位移變化關系……………303。3.3極限載荷與錯邊量的變化關系…………………..333.3。4極限載荷計算式的擬合…………333。3.5極限載荷計算式的數(shù)值驗證…….34第四章環(huán)焊縫含不同心(噘嘴)缺陷壓力管道的極限載荷分析.354。1環(huán)焊縫含錯邊缺陷壓力管道有限元模型的建立……..354.1.1管道的幾何結構……………….354.1.2有限元幾何模型……………….364.1。3施加載荷與邊界條件…………..374。2含不同心缺陷壓力管道應力分析………………….384。3含不同心缺陷壓力管道極限載荷分析……………..394.3.1含不同心缺陷壓力管道塑性極限載荷計算結果…….394。3.2載荷一位移變化關系……………404。3.3極限載荷與不同心量的變化關系………………。.464.3.4極限載荷計算式的擬合…………464。3。5極限載荷計算式的數(shù)值驗證…….46Vl參考文獻…………55致謝………………59攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文………………6l作者和導師簡介………………….63.。VⅡ一北京化工大學碩士學位論文VⅡICon址mtsContentsChapterlIntroduction……………l1。1Basicinn.oductionofpressl缸電edpipe…………………l1。1.1ThedefiIlitionofpress吡edpipe…….11.1.2CategorydiVisionofpress證zedpipe………………….11.1.3Gene豫lsit盼tionofpres鯽dzedpipeinChim…………..21.2De觸researchofpres鼬Ⅱ。izedpipe……31.2.1De鼠tcl舔si亂砸onofpres嘶zedpipe………………。31。2.211hefomationrcasonsforweldingde‰ts……………..31.3TheresearchofprcsSu血edpipewi也de‰tshomeandabroad……………41.3.1mresearchofpressu〕比edpipehome鋤dab∞ad………41.3。2Thesafetyassessmentsta【ndardhome鋤1dabIDad……….。5l—3.3mdef托t鷸sessmentmethodhomeand吞broad………..51.3。4Thefailuretypeofpressurizedpipe、Ⅳithde舭ts………..71。3。5Thedevelopmentofsafe母assessm鈕thomeandabmad….81.3.5.1IIlte棚atiomldeVelopmelltof鼢f.e哆舔sessmem……….81.3.5.2DomeSticdevelopm吼tof鼢腳觴sessmellt………….81.4SomeresultSofprcViollsstIldieS……..91.5Thecontentsandm礎odofmyStlldy………………。12Chapter2Limitloadtheory……132.1Theconc印tofl?檠?analysis……….2.2Thedete加ainationoflinlitload…….2。2.1加lal如calanalySis……………….2。2.2PlaS石climit也eoDr………………。2.2.3N啪嘶cala船lysis…………….…埒n培埒M2.2.4EXp洫ent………?!?。3111eplasticfailureprocessofpressIlricdequipment…….2.4Thenmnericalsinmlationmethodofplas石cf缸lm.c鋤lysis……………。.M垢Ⅸ北京化工大學碩士學位論文2.5Themate五alconstimtivemodel……。172.6ThedetemiIledcdteriasoflimitload……………….。182.7Somepre、rious1imitloadaIlalysisapplicat(yī)ions……………….。192.8ANSYSf.血teel鋤entso脅areliIIlitload鋤alysistheo巧in仃oduction……。.202.8.1ANSYSfmiteelementsof研areiIltroduction…………。202.8。2ANSYSliIIlitload鋤lysisp賦essofmypaper……….20Chapter3Limitloadanalysisofpressuriedpipeswithcircumferentialweldsha、,ingunfitnessdefect…….253.1111ef缸teelementmodeling……….253.1.111les仉lctureofllIlfi恤essdefect…….253.1.2111e丘niteelcnlentmodel………….263.1。3bad粕db0塒1蛔condi矗。粥……..273。2‰s骶ss鋤alysisofpresmrizedpipe誦tllllnfitIlessde億ct…………….283.3Thelimitload鋤lysisofpressurizedpipew池llnfimessdef&t…………293.3.1TheplasticlimitloadsolutionreSults………………..293.3。2The10ad.diSplacementrel撕。璐…….303.3.3Thefelationoflilnitload鋤d吼fi缸lesssize…………..333.3。4Thefittingf0加1lll嬲………………333。3.5N眥ne訂caltestoffitt她fomllllas…………………。.34Chapter4Limitloadanalysisofpressuriedpipeswithcircumferentialweldshaungmisalignmentdefect……………….。354.1nefiniteelementmodeling………。354。1。1Thes仃uc骶ofmisali鯽e11tdef.ect………………。.354.1.2Thefmiteelementmodel…………。364.1.3Load鋤dbomldanrc011ditions……..374.2Thes仃essamlySisofpressurizedpipewimmisali鯽吼tdefect…………384.3ThelimitloadanalySisofpres毗edpipewi也misali鯽咖defect…….。394。3.1TheplasticlimitloadSolution陀姒ns………………..394。3。2?裕瑁?load-displac鋤entrela:ti0船…….404.3.3Therel撕onofl婦“l(fā)oadandmisali鯽entsize………。46XContents4.3.4Thefittingf.o咖ulas………………464.3。5Nmnericaltestoffitt噸fomul弱…………………..46Chapter5Carryingcapacitycalculationsoflwareofpressurizedpipeswithdef.ects…………………495.1Tlledesi?。疬髈seofthjsso脅a心…………………495.2Thecalculationp血ciple…………..495.2.1Thecan嚦ngc?。醕時calculationofllnfitllessdef酏t….。495.2.2Thccan弭ngc印ac時calculationof血鼢li乒m咖de觸………………。495.3The如ncⅡon粗din廿I)duc石onofmissoRwarc………..505.4111eapplicat(yī)ion捌19eofso腳are…………………..52Chapter6Conclusionsandsuggestions………….。536.1Mainconclusions……………….。536.2Suggestions……………………。。53REFERENCES…………………..55ACKNoⅥ甩EDGEMENTS………59CoNTENTSoFPUBLISHEDPAPERSoRPATENTS………….61BIoG腳HY……………………63Ⅺ北京化工大學碩士學位論文XⅡ符號說明符號說明D管道外徑,mm丁管道壁厚,mm厶焊接后焊縫兩側管的錯邊量,mm口焊接后焊縫兩側管軸心線的夾角,度E彈性模量,MPa“泊松比儺屈服強度,MPa歷切向斜率.陽【v壓力管道是國民經(jīng)濟的動脈,在國民經(jīng)濟中占有重要地位,是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的特種設備,它廣泛應用于石油化工、能源、冶金、電力、環(huán)保、航空、醫(yī)藥食品等領域,承擔著輸送石油天然氣、高溫高壓、易燃易爆及劇毒、有腐蝕性或放射性物料介質(zhì)的任務【卜31,已成為與鐵路、公路、水路、航空運輸并列的運輸方式之一。1.1.1壓力管道定義壓力管道從廣義上理解是指承受內(nèi)壓或外壓的管道,無論其管內(nèi)介質(zhì)輸送如何,壓力管道是管道中的一部分【4】。有關規(guī)定把壓力管道定義為:“在生產(chǎn)、生活中使用的可能引起燃爆或中毒等危險性較大的特種設備”f4】。壓力管道進一步定義為:“利用一定的壓力,輸送氣體或者液體的管狀設備,最高工作壓力規(guī)定不小于O.1ma,用來輸送氣體、液化氣體、蒸汽介質(zhì)或可燃、易爆、有毒、有腐蝕性等介質(zhì),公稱直徑大于25衄”14】.1.1.2壓力管道類別劃分壓力管道按照級別劃分可分為長輸(油氣)壓力管道、公用管道、工業(yè)管道及動力管道四大類。長輸管道是指產(chǎn)地、儲存庫
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