呼兰河架空段集中供热管道热应力分析

摘要

随着热力管道应用越来越广泛,热力管道的安全性越来越受重视。本论文通过理论计算和有限元模拟的方法,对呼兰河段供暖管道的温度场、应力场以及裂纹进行分析,并对支撑管道的桥墩进行模拟,将热应力对热力管道的影响全面、透彻的分析出来。
　　首先,通过理论计算和有限元模拟两种方法建立管道横截面的温度场,利用建立的管道温度场分别计算管道三层的热应力,通过对比三层管道的热应力和轴力,将作用很小的中层管道和外层管道在简化计算中忽略。
　　其次,利用有限元软件对桥端长直管道和“Z”型管道进行模拟,通过计算管道在温度和内压作用下的应力云图,得出管道轴力的值和管道等效应力最大区域、等效应力最小区域的值,并对管道最薄弱的区域(即等效应力最大的区域)进行详细分析,以确保管道安全运作。
　　然后,根据桥墩所受外力情况,建立有限元模型,从长直管道是否为预应力管道两种情况对桥墩进行模拟,从输出的等效应力图上确定桥墩应力相对较大的区域、较小区域的值,从而得出长直管道为预应力管道情况下桥墩的等效应力较小,为管道的敷设和桥墩的设计提出可行性建议。
　　最后,假设在“Z”型管道最薄弱的区域出现贯穿裂纹,通过有限元软件对这段管道的裂纹进行模拟,从裂纹周围应力场和裂纹尖端J积分入手,为管道出现裂纹后的维护提出合理的方案。
　　本论文从多方面入手,研究热应力的影响,为管道结构的优化、管道裂纹的处理等方面提供了理论依据,对提高管道的安全性、可靠性,具有巨大的经济价值。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究现状

1.3 呼兰河工程桥及管道简介

1.4 本文研究的主要内容

第二章 管道横截面温度场和热应力计算

2.1 管道横截面简介

2.2 管道横截面温度场的计算和模拟

2.3 管道热应力理论计算

2.4 本章小节

第三章 管道热应力分析

3.1 管道简介

3.2 利用ABAQUS软件对长直管道进行有限元分析

3.3 利用ABAQUS软件对“Z”型管道进行有限元模拟

3.4 本章小结

第四章 管道热应力对桥墩的影响

4.1 桥墩简介

4.2 桥墩所受的荷载

4.3 利用ABAQUS软件对桥墩进行有限元模拟

4.4 对模拟结果进行分析

4.5 本章小结

第五章 “Z”型管道裂纹分析

5.1 “Z”型管道裂纹简介

5.2 断裂力学常用参数

5.3 利用ABAQUS软件进行模拟

5.4 对模拟结果进行分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文和取得的科研成果

致谢