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三跨连续压力管道经受侧向撞击损伤与破坏的研究

秦庆华  
【摘要】:大量输送高能、高温、高压流体的管网可能受到意外的撞击而破坏,而管道内输送的有害介质泄出会对环境造成污染,这就为开展压力管道的耐撞性研究提出了迫切要求。 本文在落锤上完成了平头、半球头和锥头弹体对三跨连续压力管道的侧向撞击实验研究。试件管梁的直径D=45mm,壁厚H=3mm,总长度为2TL=1900m,三跨的跨距均为2L=597mm,预加工作内压分别为0MPa、5MPa、10MPa、15MPa和20MPa五级。实验研究结果表明:(1)当管梁内注满水,预加工作内压P=0MPa时,对于径厚比D/H=15的厚壁圆管,在平头弹体和球形弹体两种弹体冲击作用下临界穿透破坏能量的降幅在2~3%之间:锥头弹体冲击厚壁空管的临界穿透能量比充水预加内压为P=0MPa的圆管高1~2%:(2)充水管道的预加内压提高,临界穿透能量有一定降低。本实验中当预加工作内压P=15MPa时,径厚比D/H=15的厚壁圆管降低最多不到8%,当预加内压力达 太原理l:人学硕十研究生学位论文 到一定值时再增加压力对临界穿透速度影响不大;(3)相同内 压情况下球形弹体的临界穿透能量略高于锥头,平头弹体临界穿 透能量比球形和锥形弹头低很多,说明三种形式的弹头中,平头 弹体最具有破坏力;(4)平头弹体冲击圆管均产生剪切冲塞型破 坏,球形弹头对应不完全碟形破坏。锥形弹体冲击圆管的破坏模. 式随径厚比不同发生明显转变,径厚比为D法卜巧的厚壁圆管为 剪切冲塞型,径厚比为刀/月翻抖的薄壁圆管为花瓣型。 为了更好地估计钝头弹体冲击对管道造成损伤,在刚塑性地 基梁模型的基础上,首先提出了一种新的理论计算模型一双重刚 塑性梁模型,由一子梁和一基梁构成,子梁用来估计弹体撞击造 成的局部损伤,基梁用来估计弹体撞击造成的整体弯曲,子梁和 基梁通过基础反力相互作用。本文把双重刚塑性梁经受钝头弹体 侧向撞击的动力响应分为两相,给出了动力响应的全过程,考虑 了子梁和基梁的祸合,计及了动力响应中的几何大变形效应,引 入了子梁和基梁的“膜力因子”来修正膜力对最终位移的影响。 相应的数值算例表明,弹体的撞击动能分别被局部变形和整体弯 曲变形的塑性功所耗散,这两种变形的祸合程度与参数跨径比 (ZL/D)和径厚比(D月叮)有关。


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