含腐蚀凹坑缺陷管道的安全评定方法.pdf

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工
机
械
2000 年
含腐蚀凹坑缺陷管道的安全评定方法
沈士明
孙洪彬
( 南京化工大学)
摘
要
对含腐蚀凹坑缺陷的压力管道进行了有限元弹塑性分析和试验研究, 得到了含
不同球形凹坑缺陷压力管道在内压和弯矩联合作用下的极限载荷( 弯矩) , 在此基础上提
出了在役含球形凹坑缺陷管道的工程安全评定方法。
关键词
腐蚀凹坑
缺陷
压力管道
极限载荷
有限元
试验研究

与腐蚀介质接触的管道内、外壁, 往往会产生立的。实验中管道的弯矩是由 4 点弯装置产生
腐蚀凹坑。腐蚀凹坑大多是球形, 其深度时深时的。所采用的管子为
108mm
6mm, 管子两端支
浅, 有时会达到管壁厚度的 50% 以上。腐蚀凹坑承间距为 1 000mm, 加载点间距为 300mm, 如图 1
的存在, 一方面造成压力管道受载面积减少, 使管所示。
道承载能力下降; 另一方面, 在载荷作用下, 凹坑
处会产生应力集中现象, 会削弱管道抗疲劳载荷
的能力。因此从理论上和实验上进行研究, 以探
讨含腐蚀球形凹坑对压力管道极限载荷的影响,
寻求含腐蚀凹坑缺陷管道的工程安全评定方法就
成为工程界所关注的课题之一。
压力管道所承受的载荷通常为内压和外弯
矩。实践表明, 在管道中内压引起的应力远低于
图 1
有限元计算模型
外弯矩所产生的应力, 因此本研究所求的极限载
荷是指压力管道所承受的极限弯矩。工程构件的
由于管子的结构尺寸、载荷状况与约束条件
的对称性计算模型选取时通过管子轴线和凹坑
极限载荷可以用塑性力学中的解析法和上、下限, ,
[ 1] 中心的纵向截面、通过凹坑中心的管子横截面, 将
定理来求得, 但目前这些方法仅适用于简单载
管子剖分为份取其结构作为计算模型。
荷下简单结构的极限载荷计算, 对含腐蚀球形凹 4 , 1/ 4
计算模型的边界条件, 在通过轴线与凹坑中
坑缺陷的压力管道由于其所受载荷的复杂性, 目
心的纵剖面上其方向的位移受到限制在通
前尚无理论的精确解。因此本文采用弹塑性有限, x ;
过凹坑中心的横截面上, y 方向的位移受到约束;
元法和实验研究, 分别计算和测定在内压和外弯
在管子端部的支承处方向的位移为零。计算
矩联合作用下含球形凹坑缺陷压力管道的极限载, z
网络的单元采用 8 节点三维固体单元。
荷, 并在此基础上提出在役含球形凹坑压力管道
计算程序与计算结果
的工程安全评定方法。 1
2
有限元计算采用 ADINA[ 2] 与 Super SAP 相结
1
含凹坑缺陷压力管道极限载荷的有限元分析
合的计算程序进行计算。ADINA 计算程序的弹塑
1
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有限元计算模型
性分析功能较强, 但对计算数据的前后处理功能
有限元计算模型是针对实验研究的试件而建

本项目为国家
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科技攻关项目的子课题。

沈士明, 男, 1943 年 2 月生, 教授, 博士生导师。江苏省南京市, 210009。
第 27 卷
第 6 期
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