直埋高温水管道三通应力分析

摘要

三通是工业管道系统中的一种重要构件。由于三通结构为不规则的几何异形体，主管和支管相贯，相当于在圆柱简体开孔，这使得其应力分布比较复杂。鉴于三通自身结构复杂、结构参量甚多及极限载荷研究在压力管道安全评估中的重要地位，本文应用有限元分析方法，数值研究直埋敷设热力管道主管管径为DN600和DN700，支管管径为DN300和DN350时异径三通在各种工况下位移及内力的分布规律。研究结果给出了管网中三通部位应力薄弱的原因，得到了三通接管处的最大应力点、以及减小的方法及措施。另外，通过分析增加壁厚和单筋加强两种加固的方法，提出了一些对工程设计和施工有重要参考价值的结论。主要研究内容和结论如下： (1)三通的应力集中主要发生在连接处，即三通的肩部和腹部，另外在三通的主管的中心线和腹部之间的应力也比较大。 (2)通过增加三通壁厚和三通连接处单筋加强，可以使应力集中减小，且随壁厚的增大和连接处增加钢筋加强，三通最大应力减小，在允许的许用应力下三通可以承受更大的力和力矩。 (3)对三通的影响因素进行化简，通过有限元模型计算，得出了三通在力和力矩联合作用时的最大应力；并对无补强和有补强三通施加相同力和力矩，得到三通最大应力的变化规律。 (4)通过DN600和DN700有补强三通模型的受力计算，发现采用加强筋的方法来补强三通略强于加壁厚，三通能够承受的许用应力增加不多。通过三通受力云纹图显示，三通的薄弱点在于肩部、腹部，虽然同样是补强三通，但是补强作用的三通位置却不尽相同，增加壁厚是整体补强，而加强筋缺是有针对性地补强，各有所长，通过模型可知加强筋补强略胜于加壁厚。 (5)施加在三通支管段的力和力矩与应力有着明显的比例关系，应力随着施加力和力矩的增加线形增加。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：主要符号表

声明

第1章绪论

1.1选题背景

1.2研究现状

1.2.1直埋管道发展历史

1.2.2应力分类法

1.2.3三通的研究

1.2.4三通研究的应用

1.3本文研究的目的及内容

1.3.1本文研究的目的

1.3.2本文研究的内容

第2章三通有限元模型的建立

2.1有限元原理简介

2.2有限元分析软件简介

2.3三通的实体模型

2.3.1三通常用专业术语说明

2.3.2三通的实体模型

2.4三通的有限元计算模型

2.5单元类型及材料的确定

2.5.1单元类型的确定

2.5.2材料的确定

2.6单元数的确定及网格的划分

2.6.1单元数的确定

2.6.2网格的划分

2.7载荷及约束条件

2.7.1载荷及约束条件

2.7.2极限载荷的确定

2.8小结

第3章无补强三通的有限元分析

3.1无补强三通有限元模型的建立

3.2无补强三通参数的选择

3.3极限状态下的塑性区分布及失效模式

3.4无补强三通计算结果及比较

3.4.1 DN600无补强三通计算结果

3.4.2 DN700无补强三通计算结果

3.4.3无补强三通计算结果的比较

3.5小结

第4章有补强三通的有限元分析

4.1有补强三通有限元模型的建立

4.2有补强三通几何参数的选择

4.3极限状态下的塑性区分布及失效模式

4.4有补强三通计算结果及比较

4.4.1 DN600有补强三通计算结果

4.4.2 DN600有补强三通计算结果的比较

4.4.3 DN700有补强三通计算结果

4.4.4 DN700有补强三通计算结果的比较

4.5小结

总结

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢