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文檔簡介
7/7北京化工大學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明:所呈交的學(xué)位論文,是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下,獨(dú)立進(jìn)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(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體,均已在文中以明確方式標(biāo)明.本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。作者簽名:至塹.日期:絲衛(wèi)生蘭魚圣』魚關(guān)于論文使用授權(quán)的說明學(xué)位論文作者完全了解北京化工大學(xué)有關(guān)保留和使用學(xué)位論文的規(guī)定,即:研究生在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識(shí)產(chǎn)權(quán)單位屬北京化工大學(xué)。學(xué)校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤,允許學(xué)位論文被查閱和借閱;學(xué)校可以公布學(xué)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(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文.保密論文注釋:本學(xué)位論文屬于保密范圍,在土年解密后適用本授權(quán)書.非保密論文注釋:本學(xué)位論文不屬于保密范圍,適用本授權(quán)書.作者簽名:日期:導(dǎo)師簽名:日期:學(xué)位論文數(shù)據(jù)集嬲嬲嬰中圖分類號(hào)TH學(xué)科分類號(hào)470.3030論文編號(hào)1001020110611密級(jí)公開學(xué)位授予單位代碼10010學(xué)位授予單位名稱北京化工大學(xué)作者姓名王妍學(xué)號(hào)20080006ll獲學(xué)位專業(yè)名稱流體機(jī)械及工程獲學(xué)位專業(yè)代碼080704課題來源自選項(xiàng)目研究方向壓力管道技術(shù)論文題目環(huán)焊縫含錯(cuò)邊和不同心缺陷壓力管道的極限載荷分析關(guān)鍵詞壓力管道,環(huán)焊縫,錯(cuò)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(yīng)用研究學(xué)位論文評(píng)閱及答辯委員會(huì)情況姓名職稱工作單位學(xué)科專長指導(dǎo)教師錢才富教授北京化工大學(xué)化工機(jī)械評(píng)閱人1范德順教授北京化工大學(xué)化工機(jī)械評(píng)閱人2戴凌漢高工北京化工大學(xué)化工機(jī)械評(píng)閱人3評(píng)閱人4評(píng)閱入5答辯委員會(huì)主席蔡紀(jì)寧高工北京化工大學(xué)流體密封技術(shù)全國鍋爐壓力容器答辯委員1陳朝暉高工化工機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)答辯委員2范德順教授北京化工大學(xué)化工機(jī)械答辯委員3張秋翔高工北京化工大學(xué)流體密封技術(shù)答辯委員4陳平副教授北京化工大學(xué)化工機(jī)械答辯委員5戴凌漢高工北京化工大學(xué)化工機(jī)械注:一。論文類型:1?;A(chǔ)研究2。應(yīng)用研究3。開發(fā)研究4.其它二.中圖分類號(hào)在《中國圖書資料分類法》查詢.三.學(xué)科分類號(hào)在中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T13745—9)《學(xué)科分類與代碼》中查詢.四.論文編號(hào)由單位代碼和年份及學(xué)號(hào)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(shè)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(cuò)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(huì)影響管道的安全運(yùn)行,危及人民生命財(cái)產(chǎn)的安全.因此,對(duì)含缺陷壓力管道進(jìn)行承載能力分析,具有重要理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。本論文針對(duì)環(huán)焊縫含錯(cuò)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(jìn)行了內(nèi)壓作用下的非線性應(yīng)力分析,并按兩倍彈性斜率法和雙切線法計(jì)算了管道的極限載荷.研究表明,受壓力作用時(shí)在管道缺陷區(qū)域產(chǎn)生應(yīng)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(jìn)行的管道強(qiáng)度設(shè)計(jì)或安全評(píng)定偏于保守。在有限元計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)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(yàn)算表明,擬合關(guān)系式在管徑從500Im到900Imn,壁厚從6姍到lOmm,錯(cuò)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(guān)系式,開發(fā)了環(huán)焊縫含錯(cuò)邊或不同心缺陷的壓力管道極限載荷計(jì)算程序,該程序可很容易計(jì)算出任意含錯(cuò)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(shè)計(jì)或安全評(píng)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(xué)碩士學(xué)位論文5舢Ormisalig啪emdefect行Om1oto1Oo。Fmally,aso腳areforcomputmgtllelimitloadsformepressurizedpipeswimcircumferemialweldshaViIlgunfitnessormisaligImlentdefectshasbeendevelopedwhichcanbeusedtocalculatetllepipeload—car巧ingc印abilityeasilyand,Ⅱms,ishelp如lfortlle伽唔i11eemgdesignorsaf.etyassessmentoftllepressurizedpipeswitllt11esekindsofdef。ects.KEYWo(hù)RDS: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(duì)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(píng)定規(guī)范……………51。3。3國內(nèi)外壓力管道缺陷評(píng)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(píng)定的發(fā)展趨勢………..81.3。5.1國外含缺陷壓力管道安全評(píng)定發(fā)展趨勢………….81.3。5.2國內(nèi)含缺陷壓力管道安全評(píng)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(shí)驗(yàn)法……….142.3承壓設(shè)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(xué)碩上學(xué)位論文2.5材料本構(gòu)模型…………………。.172.6極限載荷確定準(zhǔn)則………………182。7前人應(yīng)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(cuò)邊缺陷壓力管道的極限載荷分析………….。253。1環(huán)焊縫含錯(cuò)邊缺陷壓力管道有限元模型的建立……..253.Ll含錯(cuò)邊缺陷管道結(jié)構(gòu)……………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(cuò)邊缺陷壓力管道應(yīng)力分析……283.3含錯(cuò)邊缺陷壓力管道極限載荷分析………………。.293.3。1含錯(cuò)邊缺陷壓力管道塑性極限載荷計(jì)算結(jié)果……。.293.3.2載荷一位移變化關(guān)系……………303。3.3極限載荷與錯(cuò)邊量的變化關(guān)系…………………..333.3。4極限載荷計(jì)算式的擬合…………333。3.5極限載荷計(jì)算式的數(shù)值驗(yàn)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(cuò)邊缺陷壓力管道有限元模型的建立……..354.1.1管道的幾何結(jié)構(gòu)……………….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(yīng)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(jì)算結(jié)果…….394。3.2載荷一位移變化關(guān)系……………404。3.3極限載荷與不同心量的變化關(guān)系………………。.464.3.4極限載荷計(jì)算式的擬合…………464。3。5極限載荷計(jì)算式的數(shù)值驗(yàn)證…….46Vl參考文獻(xiàn)…………55致謝………………59攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文………………6l作者和導(dǎo)師簡介………………….63.。VⅡ一北京化工大學(xué)碩士學(xué)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(chǔ)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(xué)碩士學(xué)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……。.202.8.1ANSYSfmitee(cuò)lementsof研areiIltroduction…………。202.8。2ANSYSliIIlitload鋤lysisp賦essofmypaper……….20Chapter3Limitloadanalysisofpressuriedpipeswithcircumferentialweldsha、,ingunfitnessdefect…….253.1111ef缸tee(cuò)lementmodeling……….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……………….。354.1nefinitee(cuò)lementmodeling………。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(shí)calculationofllnfitllessdef酏t….。495.2.2Thccan弭ngc印ac時(shí)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(xué)碩士學(xué)位論文XⅡ符號(hào)說明符號(hào)說明D管道外徑,mm丁管道壁厚,mm厶焊接后焊縫兩側(cè)管的錯(cuò)邊量,mm口焊接后焊縫兩側(cè)管軸心線的夾角,度E彈性模量,MPa“泊松比儺屈服強(qiáng)度,MPa歷切向斜率.陽【v壓力管道是國民經(jīng)濟(jì)的動(dòng)脈,在國民經(jīng)濟(jì)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(shè)備,它廣泛應(yīng)用于石油化工、能源、冶金、電力、環(huán)保、航空、醫(yī)藥食品等領(lǐng)域,承擔(dān)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(wù)【卜31,已成為與鐵路、公路、水路、航空運(yùn)輸并列的運(yùn)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(guān)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(xiǎn)性較大的特種設(shè)備”f4】。壓力管道進(jìn)一步定義為:“利用一定的壓力,輸送氣體或者液體的管狀設(shè)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(jí)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(dòng)力管道四大類。長輸管道是指產(chǎn)地、儲(chǔ)存庫
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