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轴向穿透裂纹管道套管修复性能研究
| 论文题名： | 轴向穿透裂纹管道套管修复性能研究 |
| 关键词： | 管道套管;套管修复;止裂效果;强度设计;断裂力学;有限元分析 |
| 摘要： | 对轴向穿透裂纹管道，采用裂纹区域套管修复的方式，可以阻止或延缓裂纹的扩展，在实际中应用广泛，定量研究套管结构对缺陷管道的止裂效果有重要意义。极限分析能反映结构状态的本质，在缺陷管道的安全评定和结构的强度设计中占据重要位置。运用断裂力学理论，采用有限元分析方法，研究了轴向穿透裂纹管道套管修复的止裂规律；运用弹塑性力学理论，采用三维弹塑性有限元方法，对塑性极限载荷进行了计算。 主要研究内容及结论如下： (1)研究了轴向穿透裂纹管道有限元模型建立方法，并验证了模型的正确性。建立了轴向穿透裂纹管道套管修复结构有限元模型，通过ANSYS提供的参数化编程语言(APDL)编写了模型生成、加载及后处理宏程序。 (2)通过止裂系数f衡量套管结构的止裂效果，其值等于套管修复后裂纹管道的应力强度因子K与原裂纹管道K0的比值；通过极限载荷系数p衡量极限载荷水平，其值等于缺陷管道的极限载荷PLd与相同规格的无缺陷管道极限载荷PL0的比值。对无预应力套管和预应力套管两种结构进行了计算分析。 (3)对无预应力套管管道，f和p与套管位置Lx、套管长度Ls、套管壁厚ts有关：f随着Lx的增大先减小后增大，随着Ls和ts的增大而减小；p随着Lx的增大先增大后减小，随着Ls和ts的增大而增大，直至达到最大值。给出了套管修复推荐参数为等壁厚全裂纹长度套管修复。推荐参数下，f与管道厚径比t/D0和裂纹长度比α/D0有关，给出了f的拟合公式；推荐参数下，p值接近1，与裂纹管道参数无关，修复后的裂纹管道能达到完好管道的极限载荷水平。 (4)对预应力管道，预应力通过套管与裂纹管道过盈配合方式产生。f和p与Lx无关，与La、ts、过盈量δ有关：f随着Ls、ts、δ的增大而减小，达到最小值后增大；p随着Ls、ts、δ的增大而增大，达到最大值后保持不变。给出了预应力条件下的推荐套管结构形式，与无预应力套管推荐形式相同。推荐套管形式下，不同的轴向穿透裂纹管道f取得最小值的δ不同，结构极限载荷能达到完好管道水平，p受δ影响不大。 (5)对比两种情况下两种衡量指标获得的结论，预应力套管的效果要好于无预应力套管，推荐采用的套管形式为等壁厚全裂纹长度套管，小过盈量安装，以方便工程应用。 |
| 作者： | 李宁 |
| 专业： | 化工过程机械 |
| 导师： | 喻健良 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2009 |
| 正文语种： | 中文 |
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