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摘 要

直管是管道系统的主要构件，在受压管道系统中受载复杂，是系统中的薄弱环节。局部减薄是直管中常见的缺陷之一，对直管的局部减薄的研究偏少，而且目前对局部减薄管道的研究也限于内压、弯矩载荷作用下，对含局部缺陷压力管道受扭矩载荷作用的极限载荷及失效评定却少有研究，导致在实际工程应用中对含局部减薄缺陷压力管道在扭矩载荷作用下的失效评定缺乏理论依据。

本文采用有限元分析的方法，对内压、弯矩、扭矩作用下含局部减薄直管的塑性极限载荷进行了研究，详细地研究了单一内压、单一弯矩、单一扭矩作用时局部减薄缺陷对直管塑性极限载荷的影响，为直管局部减薄的工程评定提供依据。本文的主要研究内容和结论如下：

1. 建立了含减薄缺陷直管的三维有限元计算模型，给出了适合本课题需要的有限元前处理及计算程序。
2. 对于承受内压的局部减薄直管，影响其承载能力的主要是局部减薄的深度，轴向减薄长度的影响次之，环向减薄长度对承载能力影响最小；对于承受面内闭合弯矩的局部减薄直管，影响其承载能力的主要是环向减薄长度，局部减薄深度的影响次之，轴向减薄长度对承载能力影响最小；对于承受扭矩的局部减薄直管，影响其承载能力的主要是轴向减薄长度，环向减薄长度的影响次之，局部减薄的深度影响最小。

关键词：极限载荷 直管 局部减薄 扭矩 有限元分析

Failure Pressure of Straight Pipe With Wall Thinning

ABSTRACT

Pipes are often considered to be the critical components in a pipe system, which have to bear the complex loads and become the weakest part of the pressure piping system. Local thinned area is one of common defects in pipes. .For local wall-thinning pressure piping under the action of torque load, the limit load and failure assessment is less studied, resulting in the lack of theoretical basis on the failure assessment of pressure pipe with local wall thinning defect under the action of torque load in the practical engineering application.

Finite element analysis was adopted in present paper. The limit load analysis of pipe with local wall thinning defects under the action of single internal pressure, single bending moment, single torque, were studied and the effect of local wall thinning defects on the limit load was discussed in detail, which provided LTA engineering evaluation with a strong basis. In this paper, the main research content and conclusions are as follows:

1. Three-dimensional finite element models of pipes with local wall thinning defects were established and finite element pre-processing and calculation procedures suitable for this task were obtained.
2. For local wall thinning pipe under internal pressure, the factor affecting its carrying capacity is mainly the depth of localized thinning, the axial length followed, and the hoop length with minimal impact on the carrying capacity. For local wall thinning pipe under closing moment, the factor affecting its carrying capacity is mainly the hoop length of localized thinning, the depth followed, and the axial length with minimal impact on the carrying capacity. For local wall thinning pipe under torque, the factor affecting its carrying capacity is mainly the axial length of localized

thinning, the hoop length followed, and the depth with minimal impact on the carrying capacity.

Key words: limit load ; pipes ; local wall thinning ; torque ; finite element analysis

目录

摘要 I

ABSTRACT II

目录 III

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2国内外研究的概况 1

1.2.1无缺陷直管极限载荷的研究概况 1

1.2.2含局部减薄缺陷直管极限载荷的研究概况 2

1.3本课题要研究和拟采用的研究手段（途径）: 5

1.3.1本文的研究内容 5

1.3.2本文的研究方法与技术路线 5

1.4 本章小结 5

第二章 极限载荷分析与数据处理方法 6

2.1 极限载荷的分析方法 6

2.1.1 极限分析概念 6

2.1.2 极限载荷的分析方法 6

2.1.3 确定极限载荷的准则 7

2.2 正交试验设计简介 10

2.2.1 正交实验设计的基本知识 10

2.2.2 不考虑交互作用的单指标正交实验 10

2.2.3 正交实验的统计分析 11

第三章 含减薄缺陷弯管的有限元模型的建立 13

3.1 前言 13

3.2 有限元分析软件 14

3.3使用ABAQUS建立含缺陷直管模型 15

3.3.1创建部件 15

3.3.2 定义材料 17

3.3.3 创建分析步 18

3.3.4 加载载荷及边界条件 18

3.3.5 划分网格 19

3.3.6 作业 20

3.4 本章小结 20

第四章 含局部减薄直管极限载荷的数值分析 22

4.1 引言 22

4.2 研究方案 22

4.3 极限载荷的确定 23

4.4 极限载荷的有限元分析 23

4.4.1 内压作用下局部减薄直管计算结果分析 23

4.4.2 面内闭合弯矩作用下局部减薄直管计算结果分析 25

4.4.3 扭矩作用下局部减薄直管计算结果分析 26

4.5 本章小结 28

第五章 直管安全评定方法 29

5.1 引言 29

5.2管道局部减薄缺陷评定方法 29

5.2.1美国ASME B31G 标准 29

5.2.2我国标准《在用含缺陷压力容器安全评定》的评定方法 30

5.3 本章小结 32

第六章 结论及展望 33

6.1 结论 33

6.2 展望 33

参考文献 35

致谢 38

第一章 绪论

1.1引言

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