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内衬燃气修复管的应力分析研究

牛颖琦  
【摘要】:我国大量已建成的城市燃气管道正在逐渐老化,其腐蚀情况日益严重,给管道周边居民的生命财产安全带来了巨大隐患。由于城市道路和建筑物较多,传统的开挖修复不再适用,适宜采用非开挖修复技术对老化的燃气管道进行修复。非开挖修复中的U型穿插法一般采用中密度或高密度聚乙烯管作为内衬管。美国ASOE公司开发出了一种适合U型穿插法使用的新型内衬管。该内衬管由三层组成,内外层为聚乙烯层,中间层为纤维纺织加强层。本文从应力分析的角度研究了该内衬管对老化燃气管道的修复效果,并研究了该内衬管在不同情况下的适用范围。依据管道应力分析相关理论,结合复合材料内衬管的性能特点,利用有限元分析软件,对内衬燃气修复管的应力进行分析。根据内衬管和钢管的特点,作出了有限元分析的基本假设,选择了合适的单元类型,建立了内衬燃气修复管的有限元模型。选择存在均匀腐蚀、腐蚀穿孔和未焊透缺陷的钢管作为研究对象,研究内衬管的修复效果。针对这三种情况分别进行有限元分析,得到钢管上的最大等效应力并对其进行校核,并采用Tsai-Wu失效准则对内衬管进行强度校核。校核结果表明经过内衬修复后的管道结构是安全的。对于内衬修复的均匀腐蚀钢管,研究了剩余壁厚、管径、输送压力和埋深对其最大等效应力的影响,并以钢管的最大等效应力是否超过其许用应力为判断标准,通过有限元分析,得到了不同管径和剩余壁厚下该内衬管适用的压力范围。对于内衬修复的腐蚀穿孔钢管,研究了穿孔位置、穿孔尺寸、管径和输送压力对其最大等效应力的影响,同样以钢管的最大等效应力是否超过其许用应力为判断标准,通过有限元分析,得到了不同管径和输送压力下该内衬管适用的穿孔轴向长度范围。


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