目前人們對于大管徑直埋敷設(shè)管道的安全性和穩(wěn)定性是關(guān)注的重點,局部應(yīng)力集中大的管件如彎頭、三通等是管網(wǎng)最薄弱的環(huán)節(jié)。最新頒布的直埋規(guī)程中,對大管徑直埋管件的應(yīng)力分析及驗算還缺乏相對應(yīng)的理論依據(jù),無法精確預(yù)判及控制管件的應(yīng)力和疲勞壽命。由此,本論文主要研究大管徑直埋管件的應(yīng)力及疲勞壽命問題,利用ANSYS有限元分析軟件對受力復(fù)雜的直管段、彎頭和三通等管件進行數(shù)值模擬,模擬直埋熱力管件在不同影響因素下的應(yīng)力狀態(tài)以及疲勞壽命情況,準(zhǔn)確判定管件的疲勞壽命,確定直埋供熱管道的優(yōu)化方案。針對直埋管件的應(yīng)力和疲勞壽命問題,主要做了以下幾方面的工作:首先對直埋熱水管道的應(yīng)力準(zhǔn)則進行詳細分析,確定出更適合直埋熱水管道應(yīng)力計算和驗算的方法和公式。以此為基礎(chǔ),建立直埋管道的熱彈性模型理論公式、管土作用模型和直埋管道的力學(xué)模型,作為后面有限元模擬研究的理論基礎(chǔ)。針對有限元分析軟件ANSYS及模擬所用單元進行了具體介紹,論述了有限元基本理論內(nèi)容,確定了熱應(yīng)力的模擬方法。利用ANSYS建立了直管段、彎頭管段和三通管段基于接觸單元的局部管溝管土作用有限元模型,理論驗證了模型的正確性;對比分析了彎頭管段彎頭處采用管溝和直埋的熱應(yīng)力模擬結(jié)果;確定了三通相貫線處圓角的最優(yōu)大小。利用ANSYS對彎頭管段和三通管段的模擬研究,可以得出:彎頭的一次當(dāng)量應(yīng)力和二次當(dāng)量應(yīng)力隨內(nèi)壓、管徑、壁厚和曲率半徑的變化規(guī)律;三通的一次當(dāng)量應(yīng)力隨內(nèi)壓、支管管徑和三通壁厚的變化規(guī)律,二次當(dāng)量應(yīng)力隨內(nèi)壓、溫差、支管管徑、支管長度和三通壁厚的變化規(guī)律;溫度作用下的熱應(yīng)力產(chǎn)生的最大區(qū)域在彎頭處變化不大,在三通處變化較大;熱應(yīng)力遠遠大于內(nèi)壓作用下的一次應(yīng)力,內(nèi)壓作用對管件二次當(dāng)量應(yīng)力影響很小,熱應(yīng)力作用是影響最大應(yīng)力的主要因素;通過公式驗算和有限元模擬三通管段的疲勞壽命,說明了有限元法可以準(zhǔn)確、快速的確定管件的疲勞壽命情況。最后對直埋熱水管道工程實例中的直埋無補償三通管系設(shè)計進行優(yōu)化,采用局部管溝的模擬優(yōu)化方案,確定了三通管系的應(yīng)力薄弱區(qū)的具體位置,充分發(fā)揮了三通平行分支與Z字形的自然補償能力,符合了工程實際中的疲勞壽命要求,為以后的直埋供熱無補償工程設(shè)計提供一定的參考價值。
【學(xué)位單位】：河北建筑工程學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TU995.3
【部分圖文】：

歸納總結(jié)出最終實際應(yīng)用的結(jié)論。本文研究技術(shù)路線如圖1-1。圖 1-1 研究技術(shù)路線Fig.1-1 The technology roadmap figure

2.5 管道應(yīng)力驗算準(zhǔn)則《城鎮(zhèn)供熱直埋熱水管道技術(shù)規(guī)程》和《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定：供熱直埋管道應(yīng)力驗算應(yīng)該采用彈塑性分析法，并按應(yīng)力分類法進行區(qū)分。一次應(yīng)力采用極限分析。為防止直埋供熱管道發(fā)生塑性破壞，一次應(yīng)力應(yīng)小于管道材料屈服極限σs，增加安全系數(shù)后，則一次應(yīng)力就小于材料基本許用應(yīng)力[σ]。二次應(yīng)力采用安定性分析。為使管道處于安定性狀態(tài)，對于二次應(yīng)力的當(dāng)量應(yīng)力應(yīng)不大于 2 倍屈服極限σs，為保證其強度的安全，需增加一定安全系數(shù)，由于 3[σ]<2σs，因此二次應(yīng)力強度條件采用 3[σ]，即二次應(yīng)力不超過 3[σ]。峰值應(yīng)力采用疲勞分析。對于一次和二次應(yīng)力在局部管件不連續(xù)處產(chǎn)生應(yīng)力集中的當(dāng)量應(yīng)力(峰值應(yīng)圖 2-1 管道應(yīng)力變化范圍與安定狀態(tài)Fig. 2-1 range of stress variation and shakedown state of pipeline

第 2 章 供熱直埋熱水管道應(yīng)力分析與驗算內(nèi)壓環(huán)向應(yīng)力[24]： sin2sin4idiitRrPDRr ：t ——環(huán)向內(nèi)壓應(yīng)力，MPa；R ——彎頭曲率半徑，m；ir ——鋼管內(nèi)徑，m； ——彎頭處某點與鋼管橫截面內(nèi)外側(cè)分界面的夾角，如

【參考文獻】

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本文編號：2816227