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異徑管在受壓管道系統(tǒng)中是常見的重要部件,但對異徑管問題的研究基本還是空白。通過理論分析對內(nèi)壓以及面內(nèi)彎矩、扭矩作用下同心異徑管、偏心異徑管、異徑彎管的應(yīng)力進(jìn)行了研究,通過有限元數(shù)值分析和實(shí)驗進(jìn)行了驗證。
主要工作有:
1推導(dǎo)了內(nèi)壓作用下異徑彎管的環(huán)向應(yīng)力公式和經(jīng)向應(yīng)力公式。在相應(yīng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)條件下,異徑彎管的環(huán)向應(yīng)力公式可以轉(zhuǎn)化為同心異徑管、偏心異徑管、或等徑彎管的環(huán)向應(yīng)力公式。在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)了異徑管的極限壓力式。異徑管的極限內(nèi)壓由其大端截面控制。
2推導(dǎo)了異徑管的極限彎矩公式,異徑管的極限彎矩由其小端截面控制。同心異徑管、偏心異徑管極限彎矩均相當(dāng)于與小端口截面尺寸相同的直管的極限彎矩。異徑彎管極限彎矩由與小端面尺寸相同的同心異徑管、偏心異徑管的極限彎矩作為基礎(chǔ)項,再乘以彎矩系數(shù)。根據(jù)異徑彎管彎曲系數(shù)的大小分為四個區(qū)間,彎矩系數(shù)分別按相應(yīng)區(qū)間的回歸式計算。
3推導(dǎo)了異徑管的極限扭限公式,異徑管的極限扭矩均由其小端截面控制,相當(dāng)于與小端口截面尺寸相同的直管的極限扭矩公式作為基礎(chǔ)項,再乘以系數(shù)。同心異徑管極限扭矩相對要比偏心異徑管的極限扭矩略大一點(diǎn),異徑彎管大端面截面承受扭矩時的極限扭矩相對要比小端面截面承受扭矩時的極限扭矩小。在異徑彎管承受端面扭矩作用上,還提出了一端的扭矩?zé)o法wq傳遞到另一端的概念,扭矩在傳遞中會逐漸轉(zhuǎn)化為彎矩。90°彎管一個端面的彎矩既可由另一個端面的扭矩轉(zhuǎn)化而來。
4提出了同心異徑管、偏心異徑管和異徑彎管的有限元模型建模法。
總結(jié)出應(yīng)力分布或變形的特征:
(1)內(nèi)壓作用下同心異徑管大小端的面積壓力差產(chǎn)生的彎矩引起大端相對張開、小端相對收縮的現(xiàn)象;
(2)內(nèi)壓作用下偏心異徑管偏心側(cè)大端內(nèi)表面及偏心側(cè)中部外表面的環(huán)向應(yīng)力{zd0}。
5上述理論成果經(jīng)過了有限元數(shù)值分析和實(shí)驗驗證。實(shí)驗還表明,內(nèi)壓作用下環(huán)殼的彎曲半徑和管截面半徑均增大,而管壁厚變化很小。
