异径弯管的无力矩环向应力解析解

提出以异径管单位高度(长度)的直径变化程度作为反映异径管结构特征的无因次量,并定义为异径系数。根据异径弯管横截面管径随经向弯角而变化及其锥形结构的两个特点,推导了内压作用下异径弯管无力矩环向应力式,最大环向应力位于大端内侧。该式可以作为工程中常见回转壳无力矩环向应力式的任意条件式,等径弯管、直管及异径直管的环向应力公式均是异径弯管环向应力式的一个特定条件的特例,本质上这些公式均是环向应力的薄膜解。计算环向薄膜应力时,一般来说,工程中各种异径管与连接直管之间的边缘应力可以忽略。

内压作用下异径弯管的应力分析

为了对异径管的设计、生产提供理论依据和计算方法,对内压力作用下的异径弯管进行了有限元分析研究。建立了异径弯管的力学模型,计算了异径弯管在内压力作用下的应力,讨论了异径弯管的环向、径向和轴向应力的变化特征,确定了异径弯管的危险部位及其应力变化规律;并对异径比对异径弯管危险点的应力集中的影响情况进行了研究,指出异径弯管危险点的应力随异径比的增大而增加;同时探讨了改善异径弯管应力集中的途径,指出增加异径弯管壁厚是减小应力集中的有效手段。

异径弯管展开设计方法的改进

分析了异径弯管的展开规律，对有关文献提出的展开设计方法进行了改进，并建立了展平曲线方程。改进的方法不仅作图简便、准确，还可用计算法进行展开，实现异径弯管展开图的计算机处理。

基于FLUENT的异径弯管冲蚀磨损研究

在许多工程领域,由于固体颗粒撞击引起的侵蚀问题一直存在,会引起异径弯管等部件出现侵蚀磨损现象。本文考虑了异径弯管中含砂介质流体对管壁冲蚀的作用,建立了异径弯管离散相DPM的模型,研究进出口管径比、中心引导线半径、流速、介质颗粒直径与介质浓度对冲蚀速率的影响。结果表明:异径弯头在含砂介质下的侵蚀区域主要位于异径弯头与小口径管的过渡部位,随着管径比的增加,异径弯头的侵蚀面积逐渐从异径弯管90°向0°扩大;在同等条件下,随着管径比的增大,异径弯管的冲蚀速率最终趋于平缓。冲蚀速率随入口速度及颗粒直径增大而增长,颗粒的质量流量、颗粒直径与冲蚀速率呈线性增长的关系;引导线直径在70~230 mm区间内,引导线直径与冲蚀率曲线呈M型。

异径弯管在扭矩作用下的应力及极限扭矩验证

通过有限元分析和实验对异径弯管在扭矩作用下的弹性应力及极限扭矩解析解进行了验证。有限元分析表明,端面扭矩在异径弯管中的作用一定程度上类似面内弯矩在异径弯管中的作用,证实了扭矩在弯管中传递过程的弯矩化效应。小端受扭的有限元分析表明,最大环向应力位于异径弯管模型小端的外拱处,误差不超过5%,与解析解的结论一致,但解析解略偏危险。大端受扭的实验表明,小端的应力水平高于大端,但极限扭矩解析解较大多数实测的结果明显偏保守。

基于Fluent的异径偏心弯管环烷酸冲蚀分析

在高温环烷酸腐蚀环境中,应用Fluent软件对不同结构尺寸的异径偏心弯管弯头与变径后直管段内的流场进行了数值模拟。根据流速、剪切力等流体力学参数的变化情况,结合高温环烷酸腐蚀机理,分析了流场对异径偏心弯管冲蚀的影响,预测并验证了异径偏心弯管易腐蚀的部位。结果表明：异径偏心弯管弯头两侧与外侧还有变径后直管段180°～360°附近壁面上的剪切力较大,易发生环烷酸冲蚀;弯头内侧剪切力随直管段长度增大而增大,弯头两侧剪切力随直管段长度增大而减小,弯头外侧剪切力不随直管段长度改变而改变。因此,在实际检测中,对于直管段较长的异径偏心弯管,除了弯头两侧与外侧,还要注意弯头内侧的检查。

弯管在面内开弯矩作用下的弹性应力解析解

为了评估弯管开弯的工程安全性,建立力学模型推导了面内开弯矩作用下弯管的经向应力式,该式与面内闭弯矩作用下的经向应力式结构相似,但两者除了在同一部位存在拉应力与压应力性质相反的变化关系外,还有数值大小的区别。不同弯曲系数和圆周角处开弯经向应力均大于闭弯经向应力。而面内开闭弯矩作用下的环向应力式结构相同、大小相等、符号相反。等径弯管在面内弯矩作用下的弹性应力解析解只是异径弯管在面内弯矩作用下弹性应力解析解的一种特例,以异径弯管不同经向弯角处管截面的几何参数代入有关公式,即得该截面的应力。