1.內壓作用下同心異徑管的極限載荷分析
1) 同心異徑管的應力分布 內壓作用下大端高強度直管 ( σf= 2000MPa,以下同)的同心異徑管典型的應力分布如圖5.6 和圖5.7 所示。應力分布均勻,表現與解析解一致。
2) 同心異徑管的變形特征及結果分析 內壓作用下同心異徑管典型的變形位移分布如圖5.8 所示。結論:(1) 無論是大端高強度直管,還是兩端直管與異徑管等強度,大端處的應力較大,與解析解一致;(2) 大端處變形后與直管圓滑過渡,固定大端時計算結果顯示小端具有被拉向大端的趨勢,如果工程管道中該趨勢受到限制,變形及應力將有差異;(3) 小端處的徑向位移較與其相連的直管稍小,因為同心異徑管軸向面積壓力差彎矩作用產生大端相對張開小端相對收縮的現象,這種表現類似大端直管的固定端,圖5.7 顯示彎矩引起該處內壁面存在局部軸向壓應力,是同心異徑管變形的重要特征。
2.內壓作用下偏心異徑管的極限載荷分析
1) 偏心異徑管的應力分布 內壓作用下偏心異徑管典型的應力分布如圖5.9 至圖5.11所示。(1) 大端內壁處及大端直管內壁均存在較大的應力。(2) 偏心側大端內表面和偏心側中部外表面的環向應力較大,偏心側外表面的環向應力較內表面的環向應力大。(3) 偏心側大端內表面的軸向應力也是最大,與解析解一致。
偏心側中部外表面的環向應力較大,這是因為,一方面從軸向結構看,大端的高屈服強度直管和小端直管的耐壓能力相對較強使偏心側結構類似于承受均布載荷的“固支梁”,梁中間撓度最大;另一方面從環向結構看,偏心異徑管模型構造方法的簡化,使該處壁厚相對減薄了19.6%,偏心側中部外表面的環向應力含有不容忽視的彎曲應力。
2) 偏心異徑管的變形特征及結果分析 內壓作用下偏心異徑管典型的變形位移分布如圖5.12 所示。(1) 偏心處的變形最大;(2) 小端直管在彎矩的作用下偏離原來的軸線且發生軸向位移。對于工程實際中的管件,管線對偏心異徑管偏離軸線的協調結果將使偏心彎矩及其引起的應力重新分布。
3.內壓作用下異徑彎管的極限載荷分析
1) 異徑彎管的應力分布 內壓作用下異徑彎管典型的應力分布如圖5.13 至圖5.15所示。(1) 大端面處內拱內壁處環向應力最大,與解析解一致;(2) 靠近大端一段內拱外壁處經向應力最大,與解析解一致。
2) 異徑彎管的變形特征及結果分析 內壓作用下異徑彎管典型的應變如圖 5.16:(1)最大應變處于中性線內壁,與解析解及工程失效的表現一致。(2) 小端直管在面積壓力差的作用下偏離原來的軸線并產生軸向位移。對于工程實際管件,管線對偏離軸線的協調結果將使偏心彎矩及其引起的應力重新分布。
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