输气管道工程热煨弯管标准编制和设计制造技术分析

回顾感应加热弯管标准编制的发展历程并介绍标准的重要内容,分析感应加热弯管外弧侧壁厚减薄率C计算公式的符号含义;分析感应加热弯管和钢板加热压制组焊弯管成形前后壁厚与应力变化,指出当前油气输送管道设计规范关于热煨弯管壁厚设计计算存在的分歧,提出变壁厚弯管和等壁厚弯管概念及其应力分布和壁厚计算方法;以ASME B31.3—2010《工艺管道》关于弯管壁厚计算公式的规定和感应加热弯管水压爆破试验启裂口位置实例予以佐证。建议相关设计规范对热煨弯管壁厚计算公式予以修改和完善。以热煨弯管应力分布状态和弯管强度条件下的危险位置为依据,提出双壁厚弯管概念和结构。

带有裂纹的薄壁圆筒压力容器临界荷载研究

采用断裂力学中的最大周向应力理论,通过分析带有裂纹的薄壁圆筒压力容器在受所储气体或液体的内压力p作用下的应力状态,研究裂纹尖端形成的复合型应力,推导出裂纹开始扩展临界状态时的开裂角0θ,得出裂纹角β与开裂角0θ的关系,并推导出临界荷载pcr。最后将所得结果与现行钢制压力容器规范的结果比较,表明现行钢制压力容器规范的结果实用、安全。

金属厚壁管的旋转疲劳弯曲精密下料的研究

针对金属厚管料的下料问题,以自行研发的旋转疲劳弯曲精密下料机为平台,研究了精密下料过程中不同外载荷方式下304不锈钢管的断面质量情况。利用径向循环外载荷管料表面V型槽的应力集中效应,通过控制不同阶段施加给管料的弯曲疲劳外载荷频率值,实现了304不锈钢管的精密下料。通过对实验所加外载频率曲线的设计,进行304不锈钢管的精密下料实验,得出了下料过程中理想的外载频率曲线——即低频启动高频起裂和裂纹扩展最后再低频断料,用此加载方式获得了良好质量的管料断面,在理想外载频率曲线的基础上研究了不同壁厚管料的下料断面质量情况,并对其断面质量进行了测量和评价。实验结果表明,在文中所提下料工艺的基础上使用所提的外载频率曲线针对不同壁厚的304管料下料均能得到比较好的断面质量。

高桩码头变壁厚钢管桩环向焊缝应力集中系数研究

本文运用数值模拟的方法,建立非等壁厚钢管桩数值模型,通过改变过渡段长度,在弯矩作用下,得到过渡段长度对焊接位置处应力集中系数的关系,并对相应的理论公式做出修正。研究发现,在非等壁厚钢管焊缝位置处设置过渡段有利于降低焊缝位置处的应力集中系数,当钢管的直径在1 m~2.5 m之间时,应力集中系数下降幅度约为5%,当钢管直径取2.5 m~4 m之间时,应力集中系数下降幅度约为8%。说明钢管的直径越大,设置过渡段的效果越明显,该研究为进一步探析钢管桩焊接过程中的应力分布形式提供了参考,也为分析钢管桩焊缝的疲劳寿命打下基础。

大口径薄壁白铜管无外模扩径拉拔数值模拟

采用Deform-3D软件模拟Φ273 mm×16 mm生产Φ330 mm×11 mm大口径薄壁白铜管的无外模扩径拉拔过程,分析了扩径过程中管材周向应力的演变规律及管材尺寸的变化规律。结果表明:在无外模扩径拉拔过程中,扩径部分管材的周向应力由外表面的拉应力过渡到内表面的压应力,回弹部分管材的周向应力由外表面的压应力过渡到内表面的拉应力,且管材内外表面的周向应力分布随管材口径的增大及壁厚的减小而更为集中。经无外模扩径拉拔后的管材存在回弹现象;采用考虑了管材原始壁厚和扩径量的关联模型S=16.0986+0.9256×S0-14.8743×D/d(mm)可较好地预测扩径后管材的壁厚。

基于开口梁的直墙半圆拱U型钢支架强度研究

针对直墙半圆拱U型钢理论计算不精确问题,以U29型断面为例,基于Nastran的考虑剪切应力的开口梁Beam单元研究了直墙半圆拱型支架Mises应力分布规律,得出采用Beam单元与Bar单元以及理论计算的结果在棚腿底部和拱顶角度为90°时最大Mises应力相差较大,但在棚腿最大Mises应力处三者相差不大,仅为3%~10%。

埋地压力输水钢管最大环向应力计算探讨

输水工程中,输水钢管往往工程量大,工程投资高,所以合理地确定钢管壁厚尤显重要。我国输水钢管的壁厚设计除考虑内水压参数外,还增加了管重、覆土重等全部外压参数对钢管的影响,即内外压叠加后确定壁厚。通过计算输水压力钢管在不同内水压力和外压情况下钢管管壁截面的最大环向应力,得出随着钢管的计算壁厚增大,管壁截面最大环向应力呈减小的趋势;钢管的计算壁厚在某一区间时,管壁截面最大环向应力变化不大,甚至在某些工况下随着计算壁厚增大,管壁截面最大环向应力也增大。通过进一步分析发现,随着钢管的计算壁厚增大,内水压力产生的轴向拉力对应的环向应力逐步减小,而由外压产生的弯矩对应的环向应力先增加后减小。当计算壁厚与管径的比值在1/60~1/130之间时,由外压产生的弯矩对应的环向应力取到最大值。本文对压力输水管道设计具有一定的指导意义。

PE给水管道水平定向地下穿越回拖力计算的探讨

针对灌满水的PE给水管在充满泥浆的定向穿越孔中回拖时的受力特征,综合运用水力学、材料力学及物理学中的相关知识,计算了灌满水后的PE给水管水平定向穿越宽约1025m磨刀门水道所需要的回拖力;依据计算的回拖力核算了PE给水管的管壁厚及管截面的抗拉应力;依据回拖到位后的PE给水管能达到施工图设计所要求的强度及严密性实验要求,得出了回拖到位后的PE给水管是能够满足正常供水要求的结论。