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弯管

弯管应力分析及结构研究
材料:不锈钢 碳钢 合金钢
交期:标准产品常年现货
描述:联系站长免费领取相关标准及重量表
规格: DN20-DN3000
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  • 产品详情
    弯管广泛应用于锅炉、石油化工、航空航天等各种压力容 器中,是管道系统的重要组成部分。随着现代技术的发展,管道 的安全应用越来越受到工程界的重视,而作为管道系统的重要 构件,弯管的研究也受到越来越多的关注。弯管的形状和结构 形式比较复杂,而且工程中使用的弯管受力复杂,对弯管进行 准确的力学分析是进行弯管设计制造和结构可靠性分析的重 要前提。 

    弯管的结构参数中,管径的大小由流体的流量和允许的压 力降确定,壁厚与弯管承受的内压和弯管的材料及工作温度有 关,弯管的弯曲度一般由经验确定。在对弯管力学分析中,传统 的分析方法都做出了一定的简化假设,与弯管的实际工作状态 存在一定的出入。流体流经弯管时的不均匀性;流体的流速;弯 管的弯曲度;管径;弯管加工缺陷产生的椭圆度,这些因素对弯 管的受力是否存在影响,一直没有进行系统的分析与研究。 流体流经弯管时,弯管内壁与流体相互作用,内壁的应力 应与流体一致。本文做为省科委课题的一个分支,从流体动力 学出发,对弯管内流体的应力、流速、压力进行了分析研究,并 由来自流体的压力计算了弯管的应力分布,讨论了弯管结构参 数:管径、弯曲度、椭圆度以及管内流体的设计压力、流速对弯 管受力的影响。为弯管的设计、制造、强度分析和工程应用提供 了理论保证。


    弯管的结构参数中,管径的大小由流体的流量和允许的压 力降确定,壁厚与弯管承受的内压和弯管的材料及工作温度有 关,弯管的弯曲度一般由经验确定。在对弯管力学分析中,传统 的分析方法都做出了一定的简化假设,与弯管的实际工作状态 存在一定的出入。流体流经弯管时的不均匀性;流体的流速;弯 管的弯曲度;管径;弯管加工缺陷产生的椭圆度,这些因素对弯 管的受力是否存在影响,一直没有进行系统的分析与研究。 流体流经弯管时,弯管内壁与流体相互作用,内壁的应力 应与流体一致。本文做为省科委课题的一个分支,从流体动力 学出发,对弯管内流体的应力、流速、压力进行了分析研究,并 由来自流体的压力计算了弯管的应力分布,讨论了弯管结构参 数:管径、弯曲度、椭圆度以及管内流体的设计压力、流速对弯 管受力的影响。为弯管的设计、制造、强度分析和工程应用提供 了理论保证。

    即流体在弯管内某截厩的平均变形与该截厮的平均速度 成正比,与弯管的弯曲半径成反比。 所以弯管内某截瓯流体的粘性应力 孑=2∥.丢鼍=∥鼍 以一火电厂、核电厂用管道,弯曲角度为90。,弯管的弯曲半 径R与弯管外径H穗=2.5,D-=133ram,流体速度为90m/B, 流体的动力粘性系数取/z--1.1Pa·s,管内压力为15Mp为例, 通过计算发现,弯管内每个截面的粘性流体应力大约为330Pa, 而弯管内流体压力一般为若干Mp,所以弯管内流体应力主要为 与粘性无关的流体压力。通过以上分析,在计算弯管应力时,流 体粘性应力完全可忽略不计,只须考虑来自流体的压力。

    1.2弯管内流体的压力和弯管应力计算 弯管内流体的流动一般为湍流,是一种定常流,其压力采用 k一8方程。用有限元法进行计算,并由流体的压力进而计算弯 管的应力分布。为满足工程设计复杂化、多样化的需要,采用商 业有限元软件ANSYS,并以此为计算平台,编写差分计算机程 序并嵌入ANSYS进行设计计算,这样即使弯管结构变化,程序 都能使用,且可方便的进行后处理。计 算程序框图见图2所示。 计算过程简述如下:由于弯管为轴 对称结构,所以有限元模型采用轴对称 单元,在ANSYS建立结构的有限元模 型时,将计算过程中所有的参数均设计 为变量形式,计算过程中根据实际问题 再输入其确定值。从而形成确定的计算 模型;根据入口流速、出入口的压力,计 算流体在管内壁处的流体压力,流体在 管壁处采取无滑移流动;最后由来自流 体作用在弯管内壁上的压力计算弯的应力。 由图3.4可见,流体流经弯管时,流体作用在弯管内壁上的 压力分布是不均匀的,弯管内壁外侧入口附近所受压力较大,而 内壁附近出口内侧相对较小,而且随着流体速度的增大,内外壁 的压力差相对增大,但速度变化对流体压力分布影响不大。由 此可见。过去对弯管强度分析时,将弯管内壁所受压力视为均匀 分布,且不考虑速度影响,是存在误差的。通过有限元法对流体 进行动力学分析,由来自流体的压力研究弯管的应力特性是有 必要的。

    图5为弯管为不同管径时的应力分布。由图可看出。在其它 参数相同时,弯管管径增大,应力随之增大,所以在相同条件下, 管径增大,所需壁厚增加,以满足弯管强度的需要。 图5管径对弯管应力的影响 2.2弯管弯曲度对其受力的影响 图6所示为弯管弯曲度(I|}=鲁)变化时,弯管应力特性,从 图中可看出,随着弯管弯衄度的增大,弯管应力相对减小。分析 结果还表明,在盂为4—5之间时,应力变化就相对很小了,因 此工程中常取忌---4—5。 图6弯曲度对弯管应力的影响 2.3弯管椭圆度对其受力的影响 图7所示为弯管椭圆度对弯管应力的影响,在弯管的成形 过程中,由于不可避免的存在着加工缺陷,工程中使用的弯管常 存在一定的椭圆度等加工缺陷,随着椭圆度的增大,弯管应力相 对增大,且应力分布也随之变化,无椭圆度的弯管应力最大出现 在弯管内壁内侧,虽椭圆度增大,其逐渐向中型面附近转移。因 此应限制弯管的椭圆度,以保证弯管的强度,我国将弯管椭圆度 控制在7%以内