底部减薄三通管件塑性极限内压的有限元分析
基于ABAQUS的三通有限元分析与强度评定
基于ABAQUS的三通有限元分析与强度评定简介三通是一种常用的管道连接件，通常用于分支管道的连接。
在设计和制造三通时，需要对其强度进行评定，以确保其能够承受工作条件下的应力和变形。
有限元分析是一种常用的工程分析方法，可以用于预测结构的应力和变形。
本文将介绍基于ABAQUS软件进行三通有限元分析与强度评定的方法。
步骤1.几何建模首先，根据实际的三通尺寸和几何形状，使用ABAQUS的预处理器（Preprocessor）建立三通的几何模型。
可以采用参数化设计的方法，使得模型具有可调节的尺寸。
2.材料属性定义根据实际的材料性能，定义三通的材料属性。
包括弹性模量、泊松比、屈服强度等。
可以根据实验数据或材料手册提供的数据进行定义。
3.网格划分将三通几何模型进行网格划分，生成适合分析的有限元网格。
划分网格时，需要考虑到模型的几何形状和尺寸，并确保网格的密度足够细致，以获得准确的结果。
4.约束和载荷定义根据实际的工作条件和加载情况，对三通模型进行约束和载荷的定义。
约束是指对模型的一些部分施加固定约束，例如固定端或轴向约束。
载荷是指对模型施加的外部力或力矩。
这些约束和载荷可以是静态的，也可以是动态的。
5.弹性分析通过ABAQUS进行弹性分析，计算出三通在工作条件下的应力和变形分布。
弹性分析的结果可以用于进一步的强度评定。
6.强度评定根据三通的应力分布和材料的屈服强度，进行强度评定。
常见的评定方法包括最大应力法、碰撞理论法和松弛高斯分布法等。
根据评定结果，可以确定三通的安全系数，并对设计进行优化。
7.结果后处理对弹性分析和强度评定的结果进行后处理，包括应力和变形的结果可视化、结果的报表输出等。
可以通过ABAQUS的后处理器（Postprocessor）进行。
总结本文介绍了基于ABAQUS的三通有限元分析与强度评定的方法。
通过对三通进行几何建模、材料属性定义、网格划分、约束和载荷定义、弹性分析、强度评定和结果后处理，可以得到三通在工作条件下的应力和变形分布，并进行强度评定。
管件三通塑性极限载荷估算式研究进展
（．Ｉｓｔｔ ｏ ｃａ ｉ ｌ ｎ ｉ ｅ ｎ ， ｎ ｒ ｎｏｉ Ｕ ｉ ｒｔ ｉ ｃｓ ｎ ｅｈ ｏ ｇ ， ｎｒ ｎ ｏａ ０４ ３ ； ， ｎｔｕｅ ｆＭｅｈ ｎ ａ Ｅ ｇｎ ｒ ｇ Ｉｎ ｇｌ ｎ ｅ ｉ ｏ Ｓ ｅ ｅ ａ ｄＴｃｎｌ ｙ Ｉｅ ｇｌ １ ０２ ｉ ｃ ｅｉ ｅ Ｍｏ ａ ｖ ｓｙｆ ｃ ｎ ｏ ｎ Ｍｏ ｉ ２ ｅｔ ｅｉ ｑ ｉ ｅｔｎｐｃｏ ｎ ｅ ａｃ ｔｔ Ｇ ｎｒｌ ｄ ｉｉｒｔ ｎｏ ｕ ｌｙＳｐ ｒｓ ｎ Ｉ ｐｃｏ ．Ｃ ｎ ｒ Ｓ ｃ ｌ ｕ ｍ ｎ ｅｔ ｎａ ｄＲ ｓ ｒ Ｓａ ｅ ａ Ａ ｍｎｓａｉ Ｑ ａｉ ｕｅ ｉｏ ， ｎ ｅｔ ｎ ｅｏ ｐ ａＥ ｐ ｆ Ｉ ｓ ｉ ｅ ｈ ｅ ｅ ｔ ｏｆ ｔ ｖｉ ｓ ｉ ａ ｕ ｒｎｉ ，ｅｉ １０ １ ３ ａｔ ｒｆｃａ ｒｎ ｏｔｔ ｎＭａ ａ ｅ ｅｔ ｕｅｕ Ｉｎｒ ｎ ｏａ ０４ ３ ） ｄ ａ ｎ Ｑ ａｔ Ｂ ｉ ｇ ０ ０３； Ｂ ｏ ｕＴａ ｎ Ｔａ ｐ ｒ ｉ ｎｇｍ ｎ Ｂ ｒａ ， ｎ ｇｌ １ ０２ ｅ ｎ ｊ ｎ ｏ ｆ ｄ ｉ ｓ ａｏ ｅ Ｍｏ ｉ
Ａ ｂｓｒ ｃ Ｉ ｉｗ ｆｃ ｔ ａ ｔ ｎ ｖ ｅ ｏ ｏｍｐ ｉａｅ ｅ ｍ ｅｒｃ ｌｓｒ ｔｒ ｎ ｏ ｄｉｇ，ｐｉ ａ ｈ ｉ ａ ｒ ｎ ｐｐｉ ｙ ｔｍ ． Ｉ ｓ ｅ ｓ ｎ ｉｌｆｒ ｌｃ ｔｄ ｇ ｏ ｔ ａ ｔｕｃｕ ｅ ａ ｄ ｌａ ｎ ｉ ｐｅ ｂｒｎｃ ｓ ａ ｗｅ ｋ ｐａｔｉ ｉ ｎｇ ｓ ｓｅ ｔｉ ｓ ｅ ｔａ ｏ
究 ” ， 城 市 埋 地 燃 气 管 道 及 工业 特殊 承 压 设 备 中 将
安全 保 障关键 技术 研究 列为 主要 的研究 内容 之一 。 本 文 回顾 了近年来 国内外三 通塑 性极 限 的危 险部 位 ， 通 能 否正 三 常运 行 ， 决定 了管 系整体 的安 全性 和稳定 性 。
三通结构的有限元建模与分析过程
学院：机械工程学院姓名：xxxxx 学号：xxxxxxxx三通结构的有限元建模与分析已知：三通结构的模型及尺寸如图所示，其内壁受到8N/mm2的压力作用，上截面一点上受到集中力F=16N作用，左端固定约束，其材料弹性模量E=200GPa，泊松比为0.28，试分析结构的受力情况。
分析报告保存在一个word文件中，内容应包含：（1）模型简化的理由；（2）边界条件和载荷的确定过程，如何施加；（3）结果是如何验证的；（4）在危险截面采用通道描述其应力变化；（5）结果需要详细分析和讨论（结果中必须包括几何模型图、有限元模型图、变形图、应力云图、最大应力位置及数值、应力云图在危险截面上的切片图、应力在危险截面内适当路经上的变化图）；（6）将整个分析过程的log文件调试形成可执行命令流文件，内容附在报告最后。
采用ANSYS15.0 软件，对三通结构建立有限元模型，采用ANSYS 软件中的20节点三维实体单元进行六面体网格划分，分析三通的变形量及应力强度的分布。
一、三通结构的实体建模1 定义单元类型图1 定义单元类型2 定义材料属性图2 定义材料属性图3 定义弹性模量、泊松比3 创建1/2实体模型由于几何形状和载荷的对称性，创建1/2实体模型3.1 创建横向空心圆柱图4 创建横向空心圆柱3.2 创建纵向空心圆柱图5 创建纵向空心圆柱3.3 仅删除体，保留面线图6删除体3.4 overlap内外表面图7 overlap内表面图8 overlap外表面3.5 内外表面交叉处倒圆角（r=0.0095）图9 外表面倒圆角图10 内表面处倒圆角3.6 删除多余的面线图11 删除多余的面线3.7 由面生成实体图12 几何模型二、网格划分采用扫略方式进行网格划分，生成有限元模型1分割体创建分割面并对体进行分割图13 创建分割面2网格划分图14 有限元模型图三、加载与后处理1 加载1.1 左端固定约束1.2 对称面施加对称约束1.3 内壁施加8N/mm2 的压力1.4上截面一点处力的加载由于是1/2建模，故在此点施加16/2=8N的力的作用图15 固定、对称与一点处力的加载图16 内表面压力加载2 后处理2.1应力云图图17 应力云图2.2 变形图图18 变形图2.3 最大应力位置及数值图19 最大应力位置图图20 最大应力位置局部放大图2.4 应力云图在危险截面上的切片图图21 应力云图在危险截面上的切片图图22 切片放大图附录1：三通应力强度分析线性化处理的结果PRINT LINEARIZED STRESS THROUGH A SECTION DEFINED BY PATH= 1 DSYS= 0***** POST1 LINEARIZED STRESS LISTING *****INSIDE NODE = 40767 OUTSIDE NODE = 40851LOAD STEP 0 SUBSTEP= 1TIME= 1.0000 LOAD CASE= 0THE FOLLOWING X,Y,Z STRESSES ARE IN THE GLOBAL COORDINATE SYSTEM.** MEMBRANE **SX SY SZ SXY SYZ SXZ0.1251E+08 0.5088E+08 0.1120E+08 0.3058E+05 -0.2891E+05 0.5889E+0706 -0.2297E+08S1 S2 S3 SINT SEQVI 0.1085E+09 0.4646E+08 0.5108E+06 0.1080E+09 0.9388E+08C 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000O -0.5108E+06 -0.4646E+08 -0.1085E+09 0.1080E+09 0.9388E+08** MEMBRANE PLUS BENDING ** I=INSIDE C=CENTER O=OUTSIDESX SY SZ SXY SYZ SXZI 0.3538E+08 0.1594E+09 0.3530E+08 0.1446E+06 -0.1311E+06 0.2886E+08C 0.1251E+08 0.5088E+08 0.1120E+08 0.3058E+05 -0.2891E+05 0.5889E+07O -0.1037E+08 -0.5763E+08 -0.1290E+08 -0.8344E+05 0.7333E+05 -0.1708E+08S1 S2 S3 SINT SEQVI 0.1594E+09 0.6420E+08 0.6485E+07 0.1529E+09 0.1337E+09C 0.5088E+08 0.1778E+08 0.5930E+07 0.4495E+08 0.4035E+08O 0.5494E+07 -0.2876E+08 -0.5763E+08 0.6312E+08 0.5473E+08** PEAK ** I=INSIDE C=CENTER O=OUTSIDESX SY SZ SXY SYZ SXZI -0.5779E+07 0.2797E+08 -0.4647E+07 0.2833E+05 -0.5779E+05 0.5141E+07S1 S2 S3 SINT SEQV TEMPI 0.1874E+09 0.6413E+08 -0.3873E+07 0.1912E+09 0.1679E+09 0.000 C 0.3927E+08 0.1870E+08 0.9710E+07 0.2956E+08 0.2624E+08O 0.2984E+06 -0.3192E+08 -0.3913E+08 0.3943E+08 0.3636E+08 0.000附录2：三通应力强度分析命令流KEYW,PR_SET,1 KEYW,PR_STRUC,1 KEYW,PR_THERM,0 KEYW,PR_FLUID,0!*VSWEEP,_Y1!*CMDELE,_Y CMDELE,_Y1 CMDELE,_Y2!*CM,_Y,VOLU VSEL, , , , 2 CM,_Y1,VOLU CHKMSH,'VOLU' CMSEL,S,_Y!*VSWEEP,_Y1!*CMDELE,_Y CMDELE,_Y1 CMDELE,_Y2 !*FLST,2,1,5,ORDE,1 FITEM,2,1!*/GODA,P51X,ALL, FLST,2,7,5,ORDE,7 FITEM,2,4 FITEM,2,-5 FITEM,2,7 FITEM,2,11 FITEM,2,-12 FITEM,2,17 FITEM,2,-18DA,P51X,SYMM FLST,2,1,3,ORDE,1 FITEM,2,13!*/GOFK,P51X,FZ,8 FLST,2,3,5,ORDE,3 FITEM,2,13 FITEM,2,16FITEM,2,20 /GO !*SFA,P51X,1,PRES,8e6。
外拱内壁局部减薄弯管极限内压有限元分析
Ｏ１ ． Ｏ Ｏ２ ． ５
Ｏ５ ． Ｏ
５． ２８ ４ ５． ２７ ２
５． ０２ ６
５ ．３ ２２ ５． ２３ Ｏ
５ ．５ ２２
内拱 内壁 内拱 内壁
内拱 内壁
４ ５ ６ ７ ８ ９
０Ｏ ．５ Ｏ１５ ． ２ ０１５ ． 限内压的有限元分析
２１ 有 限元模 型 ．
有 限元计算模型采用 １８ ｍ ０ ×８ ｍ，９ 。 ０ 弯 管， 弯曲半径 尺为 １０ ｍ， ５ ｍ 两端各接一段 １０ ｍ ５ｍ 长的直管 。局部减薄缺陷位于弯管的中间部位 ， 缺陷的形状与尺寸如图 ｌ 所示 。其中， 为缺陷 经 向半角； ０ 为缺陷周向半角 ；Ｃ为缺陷深度。 计算 时选用 ｌ ６个模型 ，由正交设 计表 Ｌ １（ ） ６ 括号中的４表示 ５ ４【 ５ 因素 ４ 水平正交设计表 ， 文中只用了 ｌ ） ２ ｂ 、３ ）三因素 ， 、５ （ 、 （） （ ａ ｃ ４ 二因 素空留】 确定 ，缺陷尺寸参数采用无量纲参数 ｙ４ 。 ０ １０ ，ｃ ／表 １。表 ｌ中 ，最 大 ／５ ， ／８。 ＝Ｃ ｔ ） （ 应变点均在弯管对称横截面上。
中图 分 类 号 ：Ｔ ３ ３ ． １ Ｌ ５ １ 文献 标 识 码 ：Ａ
１ 前
言
压力管道在核动力装置中占有重要地位 ，尤 其是在一 、二 回路 中。弯管是压力管道 的主要 组成部分 ，实践表明，弯管是管线 中最薄弱的部 位【。由于腐蚀 、冲蚀 、机械损伤以及裂纹打磨 ｌ 】 修补 ，弯头往往存在着壁厚局部减薄的现象。局 部减薄的存在给管道的安全运行带来了隐患【。 ２ Ｊ 文献 【 对外拱外壁局部减薄弯管 的极限 内压进 ３ 】 行了理论与试验研究 ，但通常工程实际中由于管 内介质的腐蚀与冲刷 ，使得内壁局部减薄更为突
内压与弯矩联合作用下局部减薄弯管的塑性极限载荷
两倍弹性变形准则 、切线交点准则 、三倍 准则、 两倍弹性斜率准则 、 三倍弹性斜率准则 、零 曲率 准则、２ ％残余应变准则等等。 本文的计算中， 对
应 变
集 中力 Ｆ，弯矩值等于集中力与加载点到弯管中
心线最左端的水平距离的乘积。 ２３ 网格 划分 ． 有限元计算采用 Ａ Ｓ Ｓ计算程序 。计算 网 ＮＹ 格 的划分见 图 ２ 。采用 ８节点 三维实体单 元 Ｓ ＬＤ ５ 计算模型节点与单元数采用参数控制。 Ｏ Ｉ４ ，
‘ 图 ３ ２＃ ０ 钢真实应力． 应变 曲线
２２ 计 算模 型的边 界条 件 ．
计算 模 型的边 界条件 见图 ｌ在 １ 。 ／ ２的对称 面
上，给予 Ｚ 向的约束 ；在弯管下端部的支撑面 方 处 ，施加一个 方向约束 ；在弯管右下脚施加一
个 Ｙ力‘ 向的点约束 ； 管 内表面施 加压 力载荷 Ｊ； 在 ｐ
在管子的上方右端面施加一个等效压力载荷 ， 小 为 ：尸ｌ尸Ｄｉ（。 一 ｚ， 和 Ｄｉ ＝ ・ ＺＤ Ｄｉ ／ ） 分别 为管子 外径和内径 ；在管子的右上角施加一个 Ｙ方向的
内压 与弯 矩联合作用下局部减薄 弯 管的塑性极 限载荷
段志祥 ，沈士 明
（ ．南 昌航空 大学 航空 与机 械工程 学 院 ，３ ０６ ；２ 南 京 工业 大学 机械 与动力 工程学 院 ，２００ １ ３０ ３ ． １０９）
摘要 ：采用有限元分析法和试验测定法 ，对 内压与 弯矩联合作用下外拱局部减薄弯管 的极限载荷进行 了 研究。有 限元计算结果及试验结果表明 ，不同的局部减薄 ，弯管 的极 限弯矩随 内压变化规律不 同；当缺陷尺 寸参数 ａｂ Ｏ３ ３时 ，极 限弯矩随着内压的增加先增加后减小 ；当 ａｂ Ｏ３ ３时 ，极限弯矩 随内压 的增加而减 ／＞ ．１ ／＜ ．１ ＿ 小 。通过拟合有 限元计算结果 ，得到 了内压与平 面闭合 弯矩联合作用 下外拱局部减薄弯管的安全评定方法 。 关键词 ：弯管 ；极 限载荷 ；局部减薄 ；有限元 分析 ；试验
含局部减薄缺陷压力管道的塑性极限载荷数值分析和安全评定研究
内压是压力管道的主要工作载荷，以及有土壤 滑坡、地震等引起的弯矩载荷。在极限载荷有限元分 析中，根据局部减薄压力管道的具体情况，管道内 压和弯矩以外的其余载荷都很小，因此管道的自重、 静水压力等载荷均忽略不计。
２结果与分析
按照计算方案，针对不同内压、弯矩单独作用 或者组合作用下的含局部减薄压力管道完成了大量 的塑形极限载荷运算。
半周角和轴向长度；Ｒ。，ｆ分别为管道的外径和壁厚。 本文所有算例均采用ＡＢＡＱＵＳ软件进行。图１ 给出了典型情况下的网格划分图。所有模型算例的网 格类型为一次缩减积分单元Ｃ３Ｄ８Ｒ。 为了找出各参数对极限载荷的影响规律，并减
因此本研究所计算的极限载荷是指管道在内压、弯矩
单独或同时作用时的极限载荷。笔者采用弹塑性有限 元法，研究缺陷尺寸对含局部减薄缺陷压力管道的塑 性极限载荷的影响，根据计算结果，得到了含局部减 薄缺陷管道在内压和弯矩载荷联合作用下的安全评 定方法，工程应用较简单。
凹坑缺陷。由于对称性，建模时取四分之一计算模型， 如图１所示。管道长度三为１
０００
ＩｎｌＴｌ，外径Ｒ。＝２２０
２０１７年４月
秦敬芳，等．含局部减薄缺陷压力管道的塑性极限裁荷数值分析和安全评定研究
．７５
０．４，０．６，０．８，ｌ：
（３）无量纲化局部减薄轴向长度Ｌ。／／而＝０．９５，
１．９０，２．８５，３．８０，４．７５，５．７０：
３．２缺陷参数对局部减薄管道弯矩极限载荷的影响 根据计算结果，分别得出无量纲化局部减薄轴
向长度厶／／面、无量纲化局部减薄环向长度ＯＩｎ、
无量纲化局部减薄深度ａ／ｔ与弯矩极限载荷的趋 势图。 由图３可得：由于计算方案的影响，局部减薄 轴向长度对弯矩极限载荷的影响有些反常，但是也可
肩部减薄三通塑性极限面内弯矩的分析
摘要 三通在使用 中受介质的腐蚀或冲刷会在肩部产生局部减薄，从而降低其使用的完整性。
鉴于 此 ，采 用弹 塑性 有 限元方 法 ，分 析 了肩部 减 薄缺 陷对 三通 极 限 载荷 的影 响。研 究表 明缺 陷 的 轴 向长 度对 三通 的极 限面 内弯矩 影 响较小 。在将 常 用 三通 几何 尺 寸简 化 为等 径 不 等壁 厚 形 式 的基 础上 ，建立 了覆 盖常用 三 通几何 尺 寸及 缺 陷尺 寸 的 塑性 极 限 面 内弯 矩有 限元 解数 据 库 ，最终 拟 合 得 到具 有较 高精度 的塑性极 限面 内弯 矩工程 估 算公 式。 关键 词 三通 塑性极 限载荷 肩部减 薄缺 陷 有 限元分 析 工程估 算公 式 计法 是基 于板 壳理论 的概念 ，这些 概念并 不 能直接
上这种 理想 状 态 很 少发 生 ，因此 工 程 上 一般 认 为 ， 结构 发生 显著 的整 体变形 时对 应 的载荷 就为 实际结 构 的塑性极 限载荷 。 三通失 效变 形属 于几 何非 线性 问题 ，极 限载荷
分析过程 中，可用传统 的 Ｎ ｗｏ—ａｈｏ ｅｔ Ｒ ｐｓｎ方法沿 ｎ
形管 接头在 面 内弯矩 下 的极 限载荷 估算 公式 。 Ｘ ａ 等人 将 三 通 沿 相 贯 线 处形 成 塑 性 时 ，所 承 ｕｎ
受 的载荷 作为 塑性极 限 载荷 ，推导 出无 缺 陷三通 塑
轴向及环 向与三通的曲率相同的局部减薄形状 ，缺
性极限面内弯矩计 算公式。当前 的容器设计规 范 中，如 Ａ Ｍ Ｓ Ｅ锅炉及压力容器规范第 Ⅲ和第Ⅷ 一 ２ 篇 ，均采 用应 力分 析 的设 计 方 法 ，然 而 分析 设
应力 。
力不 满足规 范 要求 时 ，直 接对 结构 做极 限分析 ，可 对结 构是 否安 全做 出更精 确 的评定 。笔 者采用 非线
弹塑性问题有限元分析概述
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2 2 n p 2 n 2 12 n x 2 2 n y 3 2 n z n （3 ）
由于
n p1nx p2 n y p3 nz 1n 2 x 2 n 2 y 3 n 2 （ ） z 4
由（ 3 ）、（ 4）可得 :
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若要得到（ 5） , 根据（4）可得： n x ny n z 1 / 3
该八面体上的切应力为 1 8 ( xx yy ) 2 ( yy zz ) 2 ( zz xx ) 2 6( 2 xy 2 yz 2 xz ) 3 它是决定材料是否屈服的力学参量，因此初始屈服条件为
p x nx n , p y n y n , p z nz n 代入上式可得： nx ( xx n ) n y xy nz xz 0 nx yz n y ( yy n ) nz yz 0 nx zx n y zy nz ( zz n ) 0 这是关于nx , n y , nz的齐次线性方程组，其 非零解的条件为行列式 等于零 展开可得：
有限元极限载荷分析法在压力容器分析设计中的应用2010
有限元极限载荷分析法在压力容器分析设计中的应用2010-07-15 10:39:54| 分类：分析设计| 标签：极限分析分析设计asme规范先进设计方法经验分享|字号大中小订阅在某炼化一体化项目中，几个加氢反应器均采用分析法设计。
详细设计时，国内计算后，反应器的主要受压元件厚度均要比专利商建议的厚度多出10~30mm不等。
这其中有国内设计出于保守的考虑，另一个原因：同是采用分析设计，ASME的非线性分析相对先进一点。
参与国际竞争时，先进的设计方法值得我们研究。
1.背景随着中国加入WTO，国内各工程公司正积极走向海外。
随之进入国际市场的压力容器产品也面临着严峻的挑战，为了在国际舞台上获得竞争优势，各工程公司必须采用先进的技术设计出更安全和更低成本的产品。
压力容器分析设计是力学与工程紧密结合产物，解决了常规设计无法解决的问题，代表了近代设计的先进水平[1]。
过去，国内分析设计通常采用弹性应力分析法，通过路径分析，应力线性化处理获得路径上的一次应力和二次应力，进而进行强度评定。
该方法主要存在以下问题：⑴对大多数情况是安全可靠的，但对某些结果可能出现安全裕度不足的情况（如球壳开打孔）；⑵如何对有限元法求解获得的总应力分解并正确分类遇到了困难。
假如把一次应力误判为二次，则设计的结果将非常危险，反之，把二次应力误判为一次，则又非常保守。
文[2]5.2.1.2节明确提到：应力分类需特殊的知识和识别力，应力分类方法可能产生模棱两可的结果。
国内专家亦也认为对应力进行正确的分类存在一定困难[3-6]。
以弹性分析代替塑性分析,是一种工程近似方法。
实际结构的破坏往往是一个渐进过程，随着载荷的增加，高应力区首先进入屈服，载荷继续增加时塑性区不断夸大，同时出现应力重新分布。
当载荷增大到某一值时，结构变为几何可变机构，此时即使载荷不在增加，变形也会无限增大，发生总体塑性变形（overall plastic deformation），此时的载荷称为“极限载荷（limit load）”。
T型三通管实验报告
T型三通管内高压成形工艺研究实践报告南昌航空大学院系：航空制造工程学院专业：飞行器制造工程班级： 1学号：姓名：指导老师：目录（一）国内外研究现状（二）T型三通管内高压成型原理（三）基于有限元方法对T型三通管内高压成型影响因素研究（四）T型三通管内高压成型实验设备介绍及成型模具说明（五）参考文献一、国内外研究现状1.国外发展20 世纪40 年代，美国的GreyJ E等因人对T型无缝铜三通管成形进行了研究，他们第一次使用内压和轴向力共同作用的方法成形三通管。
1965 年，日本研究者发表了一篇关于铜管液压成形小型三通管件的文章。
70 年代末研究者使用聚安酯橡胶代替液体胀形成功胀出长径比大于2 的超长支管多通管。
80世纪年代初，前苏联研究者采用挤压成形获得了长径比为到了90年代，俄1.2 的等径三通和等径四通的支管罗斯已经能够液压成形钛合金、铝合金及耐腐蚀高强度钢等塑性较低的材料，生产出壁厚大于0.5mm、外径D 为50-120mm、长径比为0.5 的三通管“随着计算机技术的发展，许多专家学者开始对多通管胀形工如欧洲爱尔兰的都柏林大学艺进行计算机模拟研究学者Ray P、Mare Donald BJ 和Ha-lhmi M sJ.日本的Manabe KP 、还有Rimkus WP 、Lin FC 和Kwan CTW、Sornin D 和Massoni E 分别利用有限元软件对胀形过程中加载路径进行了有关的数值模拟分析与研究。
2.国内发展九十年代，哈尔滨工业大学液力成形课题组开始研究内高压成形理论、工艺和设备，研制出首台150MPa内高压成形机，该设备在计算机的控制下按规定的加载路径加工管类零件。
哈工大的苑世剑等人研究了胀形成形中的起皱行为，并利用数值模拟和力学理论对圆角处的应力分布和变形规律进行了研究同。
随后清华大学的雷丽萍和合肥工业大学的薛克敏、周林等"1等对汽车前梁、后延臂、副车架和汽车桥壳的胀形工艺进行了数值模拟研究，分析了主要成形工艺参数对其成形结果的影响规律。
复杂载荷下管道三通的塑性极限载荷_轩福贞
复杂载荷下管道三通的塑性极限载荷PLASTIC LIMIT LOAD OF PRESSURIZED PIPING BRANCHJUNCTIONS UNDER COMBINED LOADINGS轩福贞 李培宁 涂善东(华东理工大学机械工程学院,上海,200237)XU AN Fuzhen LI Peinin g TU Shandong(School of Mec hanic al Engine ering,East China Unive rsity of Science and Te chnology,Shanghai200237,China)摘要 目前对于管道三通在内压和弯矩联合作用下的塑性极限载荷累积规律有三种不同的观点,即线性方程累积、抛物线方程累积和圆方程累积模式。
文中采用非线性有限元方法分析内压与弯矩联合作用下(包括面内弯矩和面外弯矩两种形式)管道三通的塑性极限载荷,结果表明其累积形式基本上介于抛物线方程和圆方程之间,并且与结构几何参量有关。
最后在数值分析的基础上提出复杂情况下考虑几何因素的三通塑性极限载荷工程估算式,并用试验结果进行验证。
关键词 管道三通 内压 弯矩 塑性极限载荷 有限元分析中图分类号 O344.5 TB115A bstract For the accumulative rule of plastic limit load of pressurized piping branch junctions subjected to the combined loadin gs of internal pressure and moments,there are three different points of view,i.e.,linear equation,parabolic equation and circular equation.In this work,such issue was investigated systemicall y by using the non-linear finite element method.According to the numeri-cal results of fifty-four FE models,the accumulative rule of plastic limit load of piping tees with diameter ratio d D≥0.5,under the combined loadings,is affected by the structural parameters(e.g.,ratio of branch pipe diameter and run pipe diameter etc.),and does not conform to the linear equation,but strongl y present a nonlinear behaviour such as parabolic equation and circular equation.Conse-quently,a novel formula that includes the effect of geometrical parameter was proposed to estimate the plastic limit load of tees under the combined loadings.To further verify the proposed formula,six experimental res ults of plastic limit load under the combined loadings were presented.Overall good agreement bet ween the estimated values and the FE results as well as experimental data provides confidence in the use of the prop osed formula in practice.Key words Piping branch junction;Internal pressure;Moments;Plastic limit load;Finite element analysisCorr es ponding autho r:XUA N Fuzhen,E-mail:fzxuan@ecus ,Fax:+86-21-64253425The project is supp orted by the“Tenth-five”National Key Technologies Research and Development Programme of China(No. 2001B A803B03).Manuscript received20030224,in revised form20030319.1 引言服役中的三通往往同时受到内压和弯矩(包括面内弯矩和面外弯矩)等复杂载荷的作用,并不仅承受单一的内压或弯矩。
内压作用下等径三通的有限元分析
内压作用下等径三通的有限元分析姜运建;李文彬;冯砚厅;赵纪峰;王勇【摘要】针对如何确定电厂热力管道三通检验部位问题,应用ABAQUS软件对大型厚壁等径三通在受内压作用下的应力进行计算和分析,得到三通模型的应力分布规律,通过介绍某电厂三通的开裂检测情况验证了三通有限元分析的正确性,提出对三通进行无损检测时,应重点对肩部的内表面和腹部外表面进行检测.【期刊名称】《河北电力技术》【年(卷),期】2016(035)003【总页数】3页(P1-3)【关键词】有限元分析;三通;应力分析;ABAQUS【作者】姜运建;李文彬;冯砚厅;赵纪峰;王勇【作者单位】国网河北省电力公司电力科学研究院,石家庄 050021;国网河北省电力公司电力科学研究院,石家庄 050021;国网河北省电力公司电力科学研究院,石家庄 050021;国网河北省电力公司电力科学研究院,石家庄 050021;国网河北省电力公司电力科学研究院,石家庄 050021【正文语种】中文【中图分类】TV311管道三通是一种从主管接出支管的管件，为管系载荷的集中部位，不仅承受内压，还往往受到弯矩、扭矩、轴向力的作用。
三通不仅是管道改向和物料分流的重要结构，而且是一种重要的柔性元件，能够有效地消除管系中因温差和安装尺寸偏差等原因造成的应力。
与管道中直管段相比，三通属于大开孔结构，存在几何形状不连续因素，在相贯线的拐角处会形成极大的应力集中[1]。
由于厚壁等径三通结构复杂，开孔直径大，主管和支管相贯造成结构不连续，使得其应力分布相当复杂，至今没有成熟的应力强度理论计算方法。
对于在比较重要的场合应用的管道三通，大多数是依靠有限元计算和试验等手段，得到其应力应变分布。
在实际的工程配管设计中，目前大直径的厚壁三通管还没有相应的设计、制造标准。
以下利用ABAQUS软件[2]，采用C3D4单元划分网格，对一大型厚壁(φ356 mm ×55 mm)等径三通进行有限元分析[3]。
压力管道弯头超标局部减薄安全状况等级评定
Hale Waihona Puke 化工设备与管道ＰＲＯＣＥＳＳ ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ＆ＰＩＰＩＮＧ
Ｖｒ０１．５４
Ｎｏ．３
Ｊｕｎ．２０１７
压力管道弯头超标局部减薄安全状况等级评定
沈峰，黄懿
（江苏省特种设备安全监督检验研究院太仓分院，苏州
２ ｌ ５４００）
摘
要：腐蚀和冲刷极易使压力管道中的弯头发生局部减薄，降低使用安全性。现有的评定方法都只适
Ｉ砌，正常冲刷腐
蚀深度为７．０～６．２ ｍｍ。调取使用单位在线检验对该 弯头外弧处测厚数据，在该压力管道刚投入使用时该 弯头外弧处厚度为６．８ ｍｍ。弯头的减薄深度是相对 附近正常冲刷腐蚀壁厚来测量的，缺陷附近弯头外弧 处（位置９）局部减薄深度最大，其局部减薄深度为
６．８—０．８—４．８＝１．２
ｍｍ，即６年时间局部减薄深度扩展１．２
用于带有此类缺陷的受压直管。局部减薄弯头与直管的极限载荷不同。对按照《在用工业管道定期检验 规程》（试行）要求检验的压力管道弯头外侧壁厚超标局部减薄给出一种安全状况等级评定方法。 关键词：压力管道；弯头：局部减薄；安全状况等级评定
中图分类号：ＴＱ
０５５．８；ＴＨ １７
文献标识码：Ａ
文章编号：１００９—３２８ｌ（２０１７）０３—００６９－００３
＇３
１７
压力管道弯头外侧壁厚超标局部减薄的定级
《管规》第四十七条给出了局部减薄的安全状况
图１
Ｆｉｇ．１
弯头测厚数据取样位置
Ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｂｅｎｄ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｄａｔａ
的等级评定方法，但是适用对象仅仅是“管子”，第 四十八条：“若管道组成件的内外表面或管壁中存在 裂纹，则应打磨消除或更换，打磨凹坑按第四十七 条的规定进行定级。”其中的打磨凹坑即属于局部减 薄的情况。压力管道弯头属于管道组成件，根据第
压力管道弯头超标局部减薄安全状况等级评定
压力管道弯头超标局部减薄安全状况等级评定沈峰;黄懿【摘要】腐蚀和冲刷极易使压力管道中的弯头发生局部减薄,降低使用安全性.现有的评定方法都只适用于带有此类缺陷的受压直管.局部减薄弯头与直管的极限载荷不同.对按照《在用工业管道定期检验规程》(试行)要求检验的压力管道弯头外侧壁厚超标局部减薄给出一种安全状况等级评定方法.%Local thinning was often discovered in the bends in pressure piping because of corrosion and erosion which decreased the safety of application.The current classification method was only applicable to straight pipe with this kind ofdefects.However limit loads are different for local thinning of bend and straight pipe.In this paper,based on "Regulation for Periodic Inspection of Inservice Industrial Piping (for trail)",a method for safety classification for the condition that the local thinning of the thickness at outer arc bend was beyond tolerance was provided.【期刊名称】《化工设备与管道》【年(卷),期】2017(054)003【总页数】3页(P69-71)【关键词】压力管道;弯头;局部减薄;安全状况等级评定【作者】沈峰;黄懿【作者单位】江苏省特种设备安全监督检验研究院太仓分院,苏州215400;江苏省特种设备安全监督检验研究院太仓分院,苏州215400【正文语种】中文【中图分类】TQ055.8;TH17工业管道的厚度减薄通常是由于腐蚀和冲刷引起的，管道系统多见于弯管、弯头、三通和异径管部位[1]。
管道减薄计算
表3 GC2或GC3管道所允许的局部减薄深度的最大值（mm ）注：D 为缺陷附近管道外径实测最大值，mm ，以下同；t 为缺陷附近壁厚的实测最小值减去至下一检验周期的腐蚀量的2倍，mm ，以下同；B 为缺陷环向长度实测最大值，mm ；P 为管道最大工作压力，MPa ，以下同；0L P 管道极限内压，)2/(2/ln 320t D D P s L -=σ，以下同； s σ为管道材料的屈服强度，MPa ，以下同；C 为至下一检验周期局部减薄深度扩展量的估计值，mm ，以下同。
管子中的局部减薄定级说明（第47条）：基本概念：局部减薄，又称凹坑，是工业管道中最为常见的缺陷，主要由于腐蚀、冲蚀、机械损伤或对表面、近表面危险性缺陷的消除打磨等原因而产生。
几种评定方法：（1）将局部减薄转化为轴向和环向投影面上的裂纹进行断裂力学评定的方法。
这种方法不能反映含局部减薄的工业管道的失效模式，不但计算过程十分复杂，而且评定结果总体上过于保守，在一些情况下，还会出现危险性。
（2）国家“九五”重点科技攻关课题96-918-02 通过弹塑性有限元计算、塑性极限分析、应变测试和爆破试验，研究了环向、轴向和大面积局部减薄在不同压力、弯矩（拉力）组合载荷作用下对工业管道强度的影响，确定了含局部减薄的工业管道在不同载荷组合作用下的失效模式。
通过上述计算分析和实际测试，给出了一系列含局部减薄和未焊透缺陷的工业管道塑性极限载荷的计算曲线和数据表，建立了完整的塑性极限载荷数据库，从而解决了单纯承受内压载荷（假设的理想情况）、单纯承受弯矩载荷、以及内压和弯矩联合载荷下的工业管道局部减薄的极限深度的计算这一难题，专家鉴定为具有国际领先水平。
本规范采用（3）方法。
注意事项：（1）本条和第49条中，“制造或验收规范”是指被检验的工业管道设计或验收时所采用的规范版本，而不是相应规范的最新版本，除非在新版本中明确说明旧版本中的相关条款是错误的。
如果设计或验收时所采用的规范版本不明，则指GB50316或GB50235、GB50236等标准的最新版本。
复杂载荷下管道三通的塑性极限载荷
复杂载荷下管道三通的塑性极限载荷
轩福贞;李培宁;涂善东
【期刊名称】《机械强度》
【年(卷),期】2003(25)6
【摘要】目前对于管道三通在内压和弯矩联合作用下的塑性极限载荷累积规律有三种不同的观点 ,即线性方程累积、抛物线方程累积和圆方程累积模式。
文中采用非线性有限元方法分析内压与弯矩联合作用下 (包括面内弯矩和面外弯矩两种形式 )管道三通的塑性极限载荷 ,结果表明其累积形式基本上介于抛物线方程和圆方程之间 ,并且与结构几何参量有关。
最后在数值分析的基础上提出复杂情况下考虑几何因素的三通塑性极限载荷工程估算式 ,并用试验结果进行验证。
【总页数】5页(P646-650)
【关键词】管道三通;内压;弯矩;塑性极限载荷;有限元分析
【作者】轩福贞;李培宁;涂善东
【作者单位】华东理工大学机械工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】U173.2;TB115
【相关文献】
1.复杂载荷下含体积性缺陷弯管的塑性极限载荷 [J], 张慧敏
2.复杂载荷下含未焊透缺陷压力管道塑性极限载荷分析 [J], 金志江;王晓芳;竺国荣;陈坡;蒋诚航;万先平
3.面内弯矩下焊制管道三通的塑性极限载荷 [J], 轩福贞;刘长军;李培宁
4.面内弯矩下焊制管道三通的塑性极限载荷 [J], 轩福贞;刘长军;李培宁
5.复杂载荷下实际塑性极限载荷的工程确定法 [J], 张红才;轩福贞
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新检验规则和合于使用评价问题
一、在修订“管检规”介绍
压力管道定期检验规则-工业管道 关键点4：全面检查——停车或运行状态下
第三十一条 全面检验一般在管道停止运行期间进行 。当管道运行条件不影响检验的有效性和安全时 ，也可以基于管道的损伤模式，结合管道的使用 情况制定检验策略，在运行条件下实施检验。
检测技术的不断发展 检验检测技术发展趋势 企业生产需求 提高检验效率的要求
在役工业管道安全检测 及合于使用评价关键技术
提纲
一、在修订“管检规”介绍 二、合于使用评价
一、在修订“管检规”介绍
压力管道定期检验规则-工业管道
关键点1：长周期运行
第六条 GC1、GC2级工业管道一般应当于投用后3年内 进行首次全面检验，GC3级工业管道一般应当于投用后6 年内进行首次全面检验
安全状况等级为1、2级的，GC1、GC2级工业管道一 般每6年一次，GC3级工业管道不超过9年一次
安全状况等级为3级的，一般每3年一次
安全状况等级为4级的，应当对缺陷进行处理，否则不 得继续使用
大型成套装置国内外运行周期概况
世界先进石化装置发展趋势
大型化
单套炼油：500万吨/年1200万吨/年 单套乙烯：30万吨/年120万吨/年
确定工况条件
地表移动 影响范围 管土作用
冻胀或融沉 温度场分布 管土作用
滑坡位移 影响范围 管土作用
断层类型 穿越角度 管土作用
占压载荷 附加压力 覆土压力
动水作用力 重力、浮力 管土作用
管道力学行为
极限状态 判定准则
有限元法 解析计算
应力、应变
有限元法 解析计算
应力、应变
有限元法 解析计算
应力、应变
以工业管道的剩余寿命为依据，检验周期最长不超过 工业管道剩余寿命的一半，并且不得超过9年
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４ － 装备 技 术 ￣Ｙ ：－
第３ ３卷 第 ２期 ２ １ ０ ２年 ４月
底部减薄三通管件 塑性极 限内压 的有 限元分析
杨 岭
（ 汉 工 程 大 学 机 电 工 程学 院） 武
摘 要
关键 词
采 用有 限元 分 析研 究 了单 一 内压作 用 时局 部 减 薄缺 陷对 三 通 管 塑性 极 限 内压 的 影
ｐｅｓｒ ｏ ｅｐｐ ｉｔ ｗｔ ｉｇ ｔｒａ ｐｅｓｒ ｗ ｓａａ ｚｄ Ａ ｄｔｅｃａ ｇ ｕｅｏ ｐａｔ ｉ ｔｏｄｆｒ ｒｓ ｅ ｆ ｅ ｉｅｊ ｎｓ ｉ ｓ ｌ ｉ ｅ ｌ ｒｓ ｅ ａ ｎｌ ｅ ． ｎ ｈ ｈｎ ｅｒｌ ｆ ｌ ｉ ｌ ａ ｏ ｕ ｔ ｏ ｈ ｎ ｅｎ ｎ ｕ ｙ ｓ ｃ ｍｉｌ ｔｅｐｐ ｉｔ ｃｎａ ｉ ｏ ｏ ｉ ｉｇｄｆｃ ｉ ａ ｚｓ ａ ｂａ ｅ． ｅ ｉｅ ｏｎｓ ｏｔｉ ｎ ｂ ｔｍ ｔ ｎ ｎ ｅ ｔ ｗｔ ｆｗ ｓ ｅ ｓ ｔｉ ｄ ｊ ｎｇ ｔ ｈｎ ｅ ｓ ｈｌ ｉ ｗ ｏ ｎ Ｋｅ ｒ ｓ Ｔ ｅｐｐ ｉｔ Ｄ ｆｃ Ｌｍｉｌａ； ｉｉ ｌ ｅ ｔ ｎ ｌ ｉ ｙｗｏｄ ： ｅ ｉｅｊ ｎｓ ｅ ｔ ｉ ｔｏｄ Ｆｎ ｅｅ ｍ ｎ ａ ａ ｓ ｏ ； ｅ； ｔ ｅ ｙｓ
三通 管 缺 陷 极 限载荷 有 限元 分析 Ｔ ００ Ｑ ５ ． ３
响 。总结 出含底 部缺 陷三 通管 的塑性 极 限载荷 随缺 陷尺 寸影 响的 变化规 律 。
中 图分类号
Ｆｉｌｔ ｅ ｅ Ｉｉｅ Ｅｌｍ ｎｔＡｎａ ｙ ｉ ｆＰｌ ｓｉ ｍ ｉ ｎ ｅ ｎａ ｅ ｓ ｅ ｌ ｓｓｏ ａ ｔｃ Ｌｉ ｔＩ ｔ ｒ ｌＰｒ ｓ ｕｒ
安全工 作 的关键 之一 。管道 中的缺陷 可能 导致 管道
不安全 或破 坏 ，因此 运用有 限元 分析 判定 缺 陷对 三 通管安 全 的影 响是一 项必要 的工 作 。
（ ）单 元类 型 。本文 所考 虑 的是几 何非 线性 的 １
塑性 问题 ，且所 建三 通模 型含有 曲边边 界 ，故 采用
本 文 主要 工作 如 下 ： （ ） 确 定含 底部 缺 陷 三 １
通 的有 限元 计 算 模 型及 各 相关 选 项 ，用 Ａ Ｓ Ｓ有 ＮＹ 限元软 件 编制含底 部 缺陷三 通 的塑性极 限载荷 分析 的有 限元前 处理 及计算 程序 。该 程序 可 以根据 需要 改 变 参 数 设 置 ，主 要 包 括 缺 陷 的长 度 Ｚ 、宽 度 ｂ 、 深度 ｃ三 个参 数 。 （ ）运 用 Ａ Ｓ Ｓ软件 ，采 用有 ２ ＮＹ 限元 数 值分 析 对 选定 的 ６ Ｏ组含 不 同尺 寸缺 陷 的三
５ ３
的 弹性 段 与横 坐 标 轴 的夹 角 ０之 间 的关 系为 ｔ６＝ ｇ
ｔ ０ ２ ，则该 线与 载荷 一 ｇ（ １） 变形 曲线 交点 处 的载 荷 为
日
３０ ２
试验 温度 下 的试 验极 限载荷 。
ｊ｝ ≥
Ｏ
挺
应 变
图 １ 材 料 应 力 应 变特 性
２ 选择 计算 模型
变 形
由于 过少 的 网格 划分会 导致 计算精 度 下降 ，过
多 的网格划 分会 减慢 计算速 度 ，因此结 合 有关 资料 和前 人 的研 究经 验 ，并经过 多次试 算 ，最 终确定 划
分 网格如 图 ２所 示 。
图３ ＡＳＭＥ １２斜率 法 ／
５ 有限元 分析 和计算
ｆ ｒＴｅ ｉ ｅＪ ｉ ｔ ｔ ｔｏ Ｔｈ ｎ ｉ ｇ ｏ ｅＰ ｐ ｏｎ ｓｗｉｈ Ｂｏｔ ｍ ｉ ｎｎ
Ｙａ ｇ Ｌｉｇ ｎ ｎ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｉ ｉ ｌｍｅ ｔａ ａ ｙ ｉ，ｔｅ ｅｆ ｃ ｆｂ ｔ ｍ ｈ ｎ ｉ ｇ ｄ ｆ ｃｓ ｔ ｌｓｉ ｉ ｔ ｉｔ ｒ ａ ｓ ｒ ｃ ： ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｆ ｔ ｅｅ ｎ ｎ ｌ ｓ ｎｅ ｓ ｈ ｆ ｔｏ ｏｔ ｅ ｏ ｔｉ ｎ ｎ ｅ ｅ ｔ ｏ ｐ ａ ｔ ｌ ｎ ｅ ｎ ｌ ｃ ｍｉ
力应 变 曲线 图 ，计算 出所有 的极 限载 荷并 绘制 成表 格进 行 统计 。 （ ）通 过极 限 载荷 与 缺 陷尺 寸 关 系 ３
杨 岭 ，男 ，１ ８ ９ ８年 生 ，硕 士研 究 生 。武 汉 市 ，４ ０ ７ 。 ３０ ３
２１ ０ ２年 ４月
杨 岭 ：底部 减薄 三通 管件 塑性 极 限 内压 的有 限元 分析
Ｓ ＬＤ ９ Ｏ Ｉ ５单 元 。
（ ）选 择材 料 。考虑 材料 的非 线性 ，采 用 真实 ２ 应力应 变 表征材 料性 质 。假设 三通 管 由理想 弹 塑性 材料制 成 ，且塑 性强 化模 式为双 线性 随 动强 化 ：材 料 的应 力应 变特 性如 图 １所示 ．相应 的力学 性 能参 数 为 弹 性 模 量 Ｅ＝ ．ｘ Ｏ ＭＰ ．屈 服 极 限 ￣ ＝ ２ ２１ ｌ ａ ｓ３０ ＭＰ ，泊 松 比 ／ ０３ ａ ． ．，强 化模量 Ｅ ＝ 。 ｔ ＝ Ｔ０
（ ）假 定缺 陷 位 置及 尺 寸 。选 择 轮 廓 呈矩 形 、 ３ 底部等 深 的缺 陷形状 。为 简化起 见 ，选 择位 于 主管 道正下 方 的缺 陷进行研 究 。假定 影 响 三通 的缺 陷参 数有 ３个 ，即缺 陷 的长度 Ｚ 、宽度 ｂ 、深度 ｃ 。
通模 型进行 计算 ，得 出模 型 的应 变 图形 以及绘 制应
三 通管 （ 简称 三通 ）在 油气 管道 中使用 非 常广 泛 ，它 的承 载 能力 和 质量 安 全是 重 点 研究 的 内容 。
的分析 ，总结缺 陷尺 寸对 极 限载荷 的影 响规律 。
１ 有 限 元 模 型 的 建 立 个 管 道 网