常見問題

彎管應(yīng)力分析及結(jié)構(gòu)

更新時間??2021-11-20 08:34 閱讀

彎管廣泛應(yīng)用于鍋爐、石油化工、航空航天等各種壓力容器中，是管道系統(tǒng)的重要組成部分。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，管道的安全應(yīng)用越來越受到工程界的重視，而作為管道系統(tǒng)的重要構(gòu)件，彎管的研究也受到越來越多的關(guān)注。彎管的形狀和結(jié)構(gòu) 形式比較復(fù)雜，而且工程中使用的彎管受力復(fù)雜，對彎管進行準確的力學(xué)分析是進行彎管設(shè)計制造和結(jié)構(gòu)可靠性分析的重要前提。

彎管的結(jié)構(gòu)參數(shù)中，管徑的大小由流體的流量和允許的壓力降確定，壁厚與彎管承受的內(nèi)壓和彎管的材料及工作溫度有關(guān)，彎管的彎曲度一般由經(jīng)驗確定。在對彎管力學(xué)分析中，傳統(tǒng) 的分析方法都做出了一定的簡化假設(shè)，與彎管的實際工作狀態(tài) 存在一定的出入。流體流經(jīng)彎管時的不均勻性；流體的流速；彎管的彎曲度；管徑；彎管加工缺陷產(chǎn)生的橢圓度，這些因素對彎管的受力是否存在影響，一直沒有進行系統(tǒng)的分析與研究。

彎管1

流體流經(jīng)彎管時，彎管內(nèi)壁與流體相互作用，內(nèi)壁的應(yīng)力應(yīng)與流體一致。本文做為省科委課題的一個分支，從流體動力學(xué)出發(fā)，對彎管內(nèi)流體的應(yīng)力、流速、壓力進行了分析研究，并由來自流體的壓力計算了彎管的應(yīng)力分布，討論了彎管結(jié)構(gòu)參數(shù)：管徑、彎曲度、橢圓度以及管內(nèi)流體的設(shè)計壓力、流速對彎管受力的影響。為彎管的設(shè)計、制造、強度分析和工程應(yīng)用提供了理論保證。

彎管內(nèi)流體的壓力和彎管應(yīng)力計算彎管內(nèi)流體的流動一般為湍流，是一種定常流，其壓力采用 k一8方程。用有限元法進行計算，并由流體的壓力進而計算彎管的應(yīng)力分布。為滿足工程設(shè)計復(fù)雜化、多樣化的需要，采用商業(yè)有限元軟件ANSYS，并以此為計算平臺，編寫差分計算機程序并嵌入ANSYS進行設(shè)計計算，這樣即使彎管結(jié)構(gòu)變化，程序都能使用，且可方便的進行后處理。計算程序框圖見圖2所示

彎管2

對稱結(jié)構(gòu)，所以有限元模型采用軸對稱單元，在ANSYS建立結(jié)構(gòu)的有限元模型時，將計算過程中所有的參數(shù)均設(shè)計為變量形式，計算過程中根據(jù)實際問題再輸入其確定值。從而形成確定的計算模型；根據(jù)入口流速、出入口的壓力，計算流體在管內(nèi)壁處的流體壓力，流體在管壁處采取無滑移流動；最后由來自流體作用在彎管內(nèi)壁上的壓力計算彎的應(yīng)力。由圖3．4可見，流體流經(jīng)彎管時，流體作用在彎管內(nèi)壁上的壓力分布是不均勻的，彎管內(nèi)壁外側(cè)入口附近所受壓力較大，而內(nèi)壁附近出口內(nèi)側(cè)相對較小，而且隨著流體速度的增大，內(nèi)外壁的壓力差相對增大，但速度變化對流體壓力分布影響不大。由此可見。過去對彎管強度分析時，將彎管內(nèi)壁所受壓力視為均勻分布，且不考慮速度影響，是存在誤差的。通過有限元法對流體進行動力學(xué)分析，由來自流體的壓力研究彎管的應(yīng)力特性是有必要的。

為彎管為不同管徑時的應(yīng)力分布。由圖可看出。在其它參數(shù)相同時，彎管管徑增大，應(yīng)力隨之增大，所以在相同條件下，管徑增大，所需壁厚增加，以滿足彎管強度的需要。

為彎管橢圓度對彎管應(yīng)力的影響，在彎管的成形過程中，由于不可避免的存在著加工缺陷，工程中使用的彎管常存在一定的橢圓度等加工缺陷，隨著橢圓度的增大，彎管應(yīng)力相對增大，且應(yīng)力分布也隨之變化，無橢圓度的彎管應(yīng)力最大出現(xiàn) 在彎管內(nèi)壁內(nèi)側(cè)，雖橢圓度增大，其逐漸向中型面附近轉(zhuǎn)移。因此應(yīng)限制彎管的橢圓度，以保證彎管的強度，我國將彎管橢圓度控制在7％以內(nèi)。

彎管3

以上通過對彎管的流體進行分析，計算了彎管內(nèi)流體的粘性應(yīng)力，并得出彎管的粘性應(yīng)力相對壓力較??；并通過流體動力學(xué)分析，得出了彎管內(nèi)流體的壓力分布，利用ANSYS軟件，作為計算平臺，通過來自流體的壓力實現(xiàn)了對彎管應(yīng)力的研究，并就彎管和流體參數(shù)對彎管應(yīng)力的影響進行了分析探討，可為彎管的設(shè)計和工程應(yīng)用提供參考。