某输流管道两种管壁应力作用下的屈曲分析-西北工业大学学报导航页.PDF

２０１８年１２月 西 北 工 业 大 学 学 报 Ｄｅｃ． ２０１８ 第３６卷第６期 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｖｏｌ．３６ Ｎｏ．６ 某输流管道两种管壁应力作用下的屈曲分析 １ ２ ２ ２ ２ 王文浩 ，苟文选 ，王富生 ，刘伟 ，岳珠峰 （１．太原科技大学 机械工程学院，山西 太原　 ０３００２４；２．西北工业大学 力学与土木建筑学院，陕西 西安　 ７１０１２９） 摘　 要：压力管道在航空、航天、机械工程、工业与民用建筑领域以及其他领域有着广泛的应用，失稳 屈曲是其主要失效形式之一。 首先将复杂的流固耦合问题简化为２种管壁应力作用下的管道屈曲问 题。 这２种应力是指：垂直于管壁的压应力和平行于管壁的切应力。 其次，采用有限元方法分析了压 力管道工作状态和非工作状态的屈曲性能。 通过求解和分析，得出以下主要结论：第一，切应力不变， 随着压应力的增大特征值屈曲临界载荷增大，而非线性屈曲临界载荷减小。 第二，压应力不变，切应 力与轴向压力方向相同时，随着切应力绝对值增大，屈曲临界载荷减小；切应力与轴向压力方向相反 时，随着切应力绝对值增大，屈曲临界载荷增大。 关　 键　 词：管道；屈曲；非线性；压应力；切应力 中图分类号：ＴＶ１３４．２　 　 　 文献标志码：Ａ　 　 　 文章编号：１０００⁃２７５８（２０１８）０６⁃１２０２⁃０７ 　 　 压力管道在航空、航天、机械工程、工业与民用 对输流管道应力作准确分析，一般都要涉及到 建筑以及其他众多领域有着广泛的应用。 压力管道 流固耦合力学理论。 而对于流固耦合问题的求解， 在服役过程中会受到复杂载荷的作用，这些载荷主 通常采用有限元方法，需要耗时较长。 对于有压输 要包括管道正常工作状态的外部压力载荷、温度载 流管道，管道除了要承受垂直于管壁的压应力外，由 荷、管道及内部输送介质自重、非工作状态的安装、 于液体的黏性，还将使管壁承受平行于管壁方向的 检修载荷以及地震载荷等。 这些载荷都可能导致管 切应力。 对于同时承受压应力、切应力和轴向压力 ［１］ 道发生失稳屈曲破坏 ，因此对这些载荷进行详细 管道的屈曲和后屈曲承载力，目前研究较少。 提出 研究确定其对压力管道屈曲性能的影响就显得非常 了某输流管道在２种管壁应力作用下的屈曲分析方 重要。 对此中外众多学者展开了广泛的研究，如 法，比流固耦合分析方法简单而且效率高，更适合工 ［２］ Ｌｅｅ等 分析了地震力作用下埋地管道的屈曲性 程应用。 能，但是其所采用动屈 曲准分岔理论 （ｑｕａｓｉ⁃ ｂｉｆｕｒｃａｔｉｏｎ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｄｙｎａｍｉｃ ｂｕｃｋｌｉｎｇ）较复杂，并不 １　 圆柱壳屈曲分析理论 ［３］ 适合一般工程分析。 Ｊｉ等 提出了管道塑性弯曲屈 曲时名义应变的表达式，与试验结果吻合较好，但公 管道本质上属于两端开口的圆柱壳。 圆柱壳的 ［４］ 式较繁复，使用并不方便。 Ｙｕｄｏ 和Ｙｏｓｈｉｋａｗａ 研 屈曲理论主要是研究线弹性屈曲强度和非线性屈曲 究了缺陷Ｌ／ Ｄ，Ｄ／ ｔ，δ ／ ｔ 对纯弯管道屈曲性能的影 ０ 强度。 ［５］ 响。 金浏等 采用有限元软件对地下管道进行了