论文总字数：20706字

摘 要

对于由理想弹塑性材料制成的构件或结构，当外载达到一定值时，即使载荷不再增加，塑性变形仍可继续增长，这种状态称为极限状态，而这种状态所对应的载荷被称为极限载荷。由于材料在进入塑性变形阶段后，其应力－应变关系是非线性的，这种非线性计算在求解时往往会遇到数学上的困难。为了避免这些困难，在工程实践中往往采用近似的方法，即只计算结构的极限载荷而不考虑其变形过程，这种方法叫极限分析方法。与常规计算相比，极限分析更能反映结构的性能，进一步发挥材料的潜能。

本文对弯管的不同因素对极限载荷的影响进行了分析，通过运用ABAQUS软件，建立在相同弯曲角度90°的情况下，不同的曲率半径以及不同壁厚条件下，极限载荷是如何变化的，确定了研究极限载荷的方案，紧接着深入研究了不同方案下有限元分析获得数据，最终明确了在不同曲率半径以及壁厚条件下对极限载荷的影响。

对扭矩作用下无缺陷的弯管本文按同一弯曲角度下不同壁厚和不同曲率半径两个方面来研究弯管极限载荷的影响。从分析结果来看，根据载荷变形曲线，可以得到极限载荷，变形采用的是加载点的转角，极限载荷取曲线最高点。发现，壁厚增大，极限载荷在增大；弯曲半径增大，极限载荷增大。

关键词：扭矩 曲率半径 壁厚 极限载荷

Study on limit torque load of pressurized elbow

ABSTRACT

For a member or structure made of an ideal elastic-plastic material, when the load reaches a certain value, even if the load no longer increases, plastic deformation can continue to grow, this state is called a limit state. The corresponding load of this state is called the limit load. Since the material enteres the plastic deformation stage, the stress-strain relationship is nonlinear. This nonlinear computation often encounters difficulties in solving the problem. To avoid these difficulties, in engineering practice, the approximate method is often used. That is, only the limit load of the structure is calculated without considering its deformation. This method is called the limit analysis method. Compared with conventional calculation, limit analysis can reflect the structure properties, and further play the potential of the material.

In this paper, the impact of different factors on the limit load of elbow is analyzed by ABAQUS software, in the case of the same bending angle of 90 degree, different curvature radius and different wall thickness. How the limit load changes, the scheme of the limit load is determined. Then, the finite element analysis of the data is obtained. Finally, the influence of the limit load on the different radius of curvature and the thickness of the wall is clear. This paper studies the influence of bending limit load on the bending limit load of elbow under the same bending angle with two different wall thickness and radius of curvature. From the analysis results, according to the load deformation curve, the limit load can be obtained, and the deformation is the corner of the load point, and the limit load curve is the highest point. The wall thickness increases, the limit load increases, the bending radius increases and the ultimate load increases.

Keywords: torque, curvature radius, wall thickness, limit load

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪 论 1

1.1引言 1

1.2 压力管道的极限载荷研究 2

1.3 无缺陷弯管极限载荷的研究概况 2

1.4 极限载荷分析方法 5

1.4.1 极限分析概念 5

1.4.2 极限载荷的分析方法 5

1.4.3 确定极限载荷的准则 6

1.5 本文的研究思路和主要内容 8

1.5.1研究思路 8

1.5.2研究内容 8

第二章 弯管极限载荷研究方案 10

2.1 对弯管极限载荷影响因素的确定 10

2.2 方案确定和编号 11

第三章 极限载荷的有限元分析 12

3.1引言 12

3.2 ABAQUS有限元分析软件的介绍 12

3.3有限元计算模型的建立 13

3.4计算模型的边界条件 14

3.5材料性能 14

3.6 有限元建模过程 15

3.6.1 part模块 15

3.6.2 Property模块 15

3.6.3 Assembly模块 16

3.6.4 Step模块 16

3.6.5 Load模块 16

3.6.6 Mesh模块 18

3.6.8 Job模块 20

3.6.9 Visualization 模块 21

3.7 总结 21

第四章 有限元结果分析 22

4.1 变形图 22

4.2应力云图 23

4.3 应变云图 24

4.4 极限载荷数据的提取 25

4.5 路径上的应力变化 28

4.6最大应变处的应力应变图 31

第五章 模型尺寸对弯管极限载荷的影响 32

5.1 极限载荷数据汇总 32

5.2不同模型尺寸下对极限载荷的影响 32

5.3总结 34

第六章 结论 35

参考文献 35

致 谢 35

第一章 绪 论

1.1引言

我国压力管道量大面广，分布于石油、化工、冶金、轻工、市政、电力、核工业等行业。据不完全统计，我国现有长输管道约17,000公里，城市内燃气管道35,000公里，工厂的工业管道更长。压力管道系统是工业生产装置的重要组成部分，它同压力容器一样都是具有爆炸危险的特种承压设备，在石油、化工、航海、航空和核工业、能源、冶金、医药等工业领域及城市燃气、供热系统中，担负着输送易燃、易爆、高温、腐蚀、有毒等介质的重要任务，其完整性直接关系到生产的顺利进行和人民生命财产的安全。压力管道一旦发生泄漏或断裂将有可能引发爆炸、燃烧、中毒等重大事故，不仅会造成巨大的经济损失，破坏社会生产，严重的还会威胁人员的生命安全，甚至破坏生态环境。

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