内压与弯矩联合作用下局部减薄弯管的塑性极限载荷.pdfVIP

第28卷 第6 核 动 力 T 程 VOI．28．NO．6 2 0 0 7 年 l2月 Nuclear Power Engineering Dec．2 0 0 7 文章编号：0258—0926(2007)06—0087—05 内压与弯矩联合作用下局部减薄 弯管的塑性极限载荷 段志祥 ，沈士明 (1．南昌航空大学航空与机械工程学院，330063；2．南京工业大学机械与动力工程学院，210009) 摘要：采用有限元分析法和试验测定法，对内压与弯矩联合作用下外拱局部减薄弯管的极限载荷进行了 研究。有限元计算结果及试验结果表明，不同的局部减薄，弯管的极限弯矩随内压变化规律不同；当缺陷尺 寸参数a／bO．313时，极限弯矩随着内压的增加先增加后减小；当a／b_O．313时，极限弯矩随内压的增加而减 小。通过拟合有限元计算结果，得到了内压与平面闭合弯矩联合作用下外拱局部减薄弯管的安全评定方法。 关键词：弯管；极限载荷；局部减薄；有限元分析；试验 中图分类号：0346．1 文献标识码：A 1 前 言 2 极限载荷的有限元分析 压力管道在核动力装置中占有重要地位，尤 2．1 有限元计算模型 其是在一、二回路中。与压力容器相比，压力管 图l所示为有限元计算模型。模型采用 l08x 道直径小、壁厚薄，通常是对接焊缝，焊接缺陷 8mm的90。弯管，弯曲半径 为150mm，两端各 一 般为环向缺陷，缺陷的尺寸较小，其材料韧性 接 45。弯管，再接一段直管。局部减薄缺陷位于 大都较好。因此，其失效模式通常为由极限载荷 弯管外拱的中间部位，计算时选用l6个模型，由 控制的塑性失效}l J。 正交设计表L16(4 1确定。缺陷尺寸参数采用无量 弯头和弯管是压力管道的主要组成部分，它 纲参数a=y／45。，b=0／180。， =C／t。 的中心线存在曲率半径 ，不仅能改变管线的方 由于弯管的结构尺寸、载荷状况具有对称性， 向，并且由于它的刚度低于与之相连的直管，可 以通过弯管轴线和内外拱线的纵向截面将弯管剖 通过弹性或塑性变形吸收系统中由于热膨胀等因 分为二，取其l／2结构作为计算模型。 素产生的力、力矩。因此，弯管可能受到的载荷 I， 包括内压、弯矩、扭矩、自重等。这些载荷作用 — f f f P I I f 下管线的最大应力往往位于弯管处，使弯管往往 ，＼二l l l Jp I lI—f 先于直管破坏，成为管线中最薄弱的部位}2J。 由于腐蚀、冲蚀、机械损伤以及裂纹打磨修 一 补，弯头往往存在着壁厚局部减薄的现象，破坏 一 了结构的完整性，给管道的安全运行带来了隐患。 为了对局部减薄弯管进行安全评估并采取有效的 I l I P f f f 维护措施，准确确定局部减薄弯管的塑性极限载