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周向裂紋管道在含扭轉各種組合變形時的極限載荷分析

來源:機械強度  作者: 署恒木

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? ??1 引言

? ? 含缺陷壓力管道的塑性極限載荷是反映其承載能力的一個重要指標,也是一些安全評價規范中建立失效評定圖不可缺少的參數,所以如何計算含各種缺陷壓力管道的極限載荷,對于進行管道的安全評價是十分重要的,一直是管道安全評價的研究內容之一。文獻[1~5]先后提出了一些含缺陷壓力管道的極限承載能力的計算方法和計算公式,但仍然有許多情況下的塑性極限載荷計算公式是不知道的。文獻[4]給出各種周向裂紋在拉、彎及內壓組合情況下的極限載荷計算公式,但所有的缺陷均限制在處于對稱彎曲的特殊情況下,即彎矩作用在裂紋對稱面內。文獻[5]給出各種周向裂紋在拉、彎、扭及內壓組合情況下的極限載荷計算公式,所有的缺陷也是均限制在處于對稱彎曲的情況下;另外,在計算扭轉變形的極限載荷時給出了不合實際的簡化,認為裂紋橫截面上的剪應力分布與無裂紋時的分布規律完全相同,每一點的剪應力方向都沿同一個轉向,且大小都等于極限應力τ0。顯然,如果是這樣,因裂紋的存在使得裂紋面不對稱,其上剪應力將合成為一個扭矩和一個剪力,而不能與外扭矩完全相平衡,所以給出的極限載荷計算公式將與實際情況相差甚遠。特別對于穿透裂紋的情況,這將引起很大的誤差,因為含穿透裂紋的截面因開口而與狹長矩形截面扭轉剪應力分布相同。當管道橫截面含周向裂紋時,其塑性極限扭矩不僅因橫截面積減小而降低,還因為扭轉剪應力在橫截面的分布狀態發生變化而降低。文獻[5]只考慮了第一個原因。

? ? 本文假定管道材料為理想剛塑性材料,其屈服應力取為材料的流變應力σ0;當裂紋截面上的應力或相當應力達到材料的流變應力σ0時,這時的外加載荷即為裂紋管道的塑性極限載荷。

? ? 周向裂紋截面處在非對稱純彎曲時有多種情況,但都可以簡化為圖1所示的模型,即彎矩不是作用在裂紋對稱的縱向面內。其中a為埋藏裂紋的深度,h為裂紋離內表面的距離,θ為裂紋的半圓心角,?為裂紋對稱軸(y軸)偏離豎直軸(y′軸)的角度,β1+β2為中性軸所對應的圓心角,R為平均半徑。

?? ? 2 含周向裂紋管發生扭轉變形時的塑性極限扭矩

? ? 對于圖1所示的含周向埋藏裂紋管道,可用沙堆比擬法求得其極限扭矩[6]。剪應力對截面圓心的力矩之和等于截面的扭矩T,因此

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標簽:責任編輯:admin  時間:2018-11-25  點擊:

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