考虑塑性强化效应的三通管承载能力有限元分析

【摘要】： 三通管结构是石油化工级核电工业管道中的重要组成元件,是承压装置中常见的结构模式。近年来,国内外针对三通结构的塑性极限分析开展了大量的研究,但在理论分析和数值模拟中通常基本都采用了理想塑性本构模型,对于三通结构在考虑塑性强化效应的塑性强度研究工作尚未展开,没有充分挖掘管件材料的使用潜力。本文考虑材料在使用过程中由于大变形产生的塑性强化效应,分析无缺陷三通结构的塑性极限载荷,采用ANSYS商业有限元软件进行详细的数值模拟,根据最大应变强度的节点,提取不同载荷子步下的应变强度,做出相应的应变强度节点的载荷—应变强度曲线。从工程角度出发,采用我国分析设计标准和ASME规范推荐的两倍弹性斜率准则确定塑性极限载荷值。讨论塑性强化效应对三通结构塑性极限载荷以及破坏模式的影响规律,主要研究内容和结论如下: 1、建立了正交等径三通,不同管径比的正交等厚三通,不同管径比的正交等强度三通,等径斜交三通理想弹塑性和塑性强化的三维有限元模型,并在内压下达到其屈服极限的过程中,追踪其加载历史,研究不同载荷步下Mises应力的分布情况。 2、建立了正交等径局部减薄三通,斜交减薄三通的理想塑性、强度塑性的极限内压数据库,分析了其减薄区最薄厚度、环向长度、轴线长度对极限荷载的影响。 通过比较分析,考虑塑性强化的三通比其在理想弹塑性下的三通塑性极限压力载荷有明显的提高。这对于提高材料的利用率,改进三通结构设计和安全评定提供了理论依据和数值参考。