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    高温高压管道弯头塑性极限分析

    2019-04-12   来源ㄩ   点击数ㄩ0次 选择视力保护色: 杏仁黄 秋叶褐 胭脂红 芥末绿 天蓝 雪青 灰 银?#24433;?默认色)   合?#39318;?#20307;大小:
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     中国钢管信息港消息报道称ㄩ关键材料对动力电池安全性的影响首先ㄛ隔膜垂直方向上的机械强度越高ㄛ电池发生微短路的几率就越小﹝因此在隔膜表面复合陶瓷涂层等可?#28304;?#24133;度地改善动力电池的安全性﹝隔膜的微孔关?#23637;?#33021;是改进动力电池安全性的另一方法ㄛ隔膜该功能的原理是当电池温度上升到一定值?#20445;?#32452;成微孔隔膜的聚合物发生熔融ㄛ微孔结构?#40644;?#22351;ㄛ电解液中锂离子的迁移通道被阻断ㄛ电池放电停止ㄛ可以在一定程度上改善动力电池的安全性﹝另一方面ㄛ隔膜的热收缩特性对电池的安全性也非常重要﹝如果电池温度上升造成隔膜收缩ㄛ从而引发正负极间短路ㄛ使电池温度急剧升高ㄛ引发?#20161;?#25511;﹝因此ㄛ隔膜的热收缩率越小ㄛ电池的安全性能越好﹝普通商品隔膜在温度为120C和150C时的热收缩率分别为22%和42%ㄛ而复合陶瓷涂层隔膜的热收缩较小ㄛ在上述温度下的热收缩率可达到5%和14%.如果隔膜热收缩率在150C下小于5%ㄛ则隔膜对电池安全性的贡献就不可忽视﹝
    ﹛﹛
    ﹛﹛将弯头材料简化为理想弹塑性ㄛ同时考虑几何非线性ㄛ分析得到核电厂安全注入系统中某管道弯头在压力和温度载荷作用下的塑性极限载荷分布规律﹝
    ﹛﹛
    ﹛﹛1前言管道弯头是核电厂管道系统中的重要管?#32771;?#20043;﹝管道弯头可能受到自重﹜内压﹜面内弯矩﹜面外弯矩﹜扭矩﹜轴力等载荷作用ㄛ使其成为压力管道系统中较薄弱且容?#36164;?#25928;的关键?#32771;?/div>
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    ﹛﹛在核电厂管道系统设计中ㄛ温度与压力是管道弯头的工作载荷ㄛ也是管道弯头结构设计时考虑的主要载荷形式﹝本文利用ANSYS有限元分析软件ㄛ将弯头材料简化为理想弹塑性材料˙在温度与压力载荷作用下ㄛ对核电厂安全注入系统中某管道弯头进行塑性极限分析ㄛ?#36152;?#31649;道弯头应力分布规律﹜塑性屈服面随载荷增加的扩展规律﹜弯头最终失效破坏规律以及塑性极限压力ㄛ为核电厂管道系统设计提供理论依据﹝
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    ﹛﹛2高温高压作用下弯头的有限元非线性分析采用非线性有限元数值分析技术分析核电厂安全注入系统中核级管道弯头在高温高压作用下的弹塑性行为﹝弯头的几何尺寸为0219.1mmx10mm˙弯曲半径尺=305mm˙弯头内介?#39318;?#39640;温度120C˙弯头处的环境温度20C.几何模型如所示﹝
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    ﹛﹛2.1有限元模型弯头以及与之相连接的直管段采用8节点的几何模型Fig. SOLID185单元﹝考虑到管道系统中弯头与直管相连接的?#23548;?#24773;况ㄛ在弯头两端分别增加直管段﹝根据可知ㄛ随着?#38469;?#30452;管段长度的增长ㄛ弯头极限载荷最大误差不超过3%.因此ㄛ建立管道弯头模型?#20445;?#20004;端直管段的长度取为弯头直径的5倍ㄗ1=5功﹝
    ﹛﹛
    ﹛﹛2.2材料性能在有限元分析中ㄛ假设材料为理想弹塑性材料ㄛ不考虑材料的应变?#19981;?#25928;应﹝根据国内外已有的试验经验ㄛ选取真实材料的屈服强度?#28034;?#25289;强度'的平均值为有限元模型材料的流变应力CTf.弯头材料的力学参数如表1. 2.3?#38469;?#19982;载荷本文的主要研究对象是管道弯头的塑性变形特性﹝为了消除由于?#38469;?#23548;致的影响ㄛ在弯头两分析?#20445;?#37319;用大变形技术能?#22351;?#21040;满足工程需要的弯头塑性载荷数?#21040;漶?/div>
    ﹛﹛
    ﹛﹛有限元模型网格划分图Fig.由于不同温度下弯头的屈服极限有所差异ㄛ为了准确得到弯头的塑性极限载荷以及弯头塑性区域的扩?#36141;头?#24067;规律ㄛ重点分析了弯头典型位置的应力-应变关系﹜塑性区扩展规律以及弯头的变形规律﹝各个典型位置分布如﹝
    ﹛﹛
    ﹛﹛用非线性有限元分析结构的极限载荷ㄛ需要以增量的形式施加载荷﹝为保证最后计算结果的精度ㄛ需给出合理的载荷步长﹝本文采用2步加载方案ㄩ第1步加载采用?#36816;?#27861;ㄛ加载到结构最大等效应力达到屈服极限之前?#22351;?步分为50子步ㄛ以保证每一子步不超过极限载荷的1°%. 3塑性极限载荷分析为能够真实?#20174;?#24367;头在外载荷作用下的变形和塑性?#24615;?#33021;力ㄛ利用ANSYS软件进行非线性3.1高温高压管道弯头塑性极限载荷确定由于管道弯头首先出现屈服的是弯头内拱外壁处ㄛ即4典型位置处ㄛ为了确定弯头塑性极限载荷ㄛ选取管道弯头内拱外壁中心点的压力-应变曲线ㄛ结合ASME规范定义的极限载荷确定方法ㄛ最终确定管道弯头塑性极限载荷﹝
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    ﹛﹛ASME规范定义的极限载荷确定方法是2倍弹性斜?#39318;?#21017;ㄛ即在过载荷-变形曲线的原点作一载荷曲线ㄛ使该线与纵坐标的夹角和载荷-位移曲线的弹性段与纵坐标的夹角0之间存在以下关系ㄩ通过将有限元分析结果处理后ㄛ得到弯头内拱外壁中点处的压力-应变曲线﹝根据2?#23548;?#35745;箅/砬力戍变曲线2倍弹性斜率计箅1丨丨1线位移/mm管道弯头内拱外壁处压力-应变曲线压力载荷作用下弯头应力分布规律倍弹性斜?#39318;?#21017;ㄛ可计算出弯头的塑性极限压力是27MPa.当压力超过该限值后ㄛ即认为弯头结构变成几何可变机构ㄛ塑性变形可以自由发展ㄛ弯头不能承受更大的载荷ㄛ从而使管道弯头失去?#24615;?#33021;力﹝
    ﹛﹛
    ﹛﹛3.2管道弯头应力分布规律加载初期由于管道弯头处于弹性状态ㄛ因此弯头应力随内压的增加而逐渐增加ㄛ最大压力位于弯头内拱外侧˙随着压力的增加ㄛ管道弯头内拱外壁首先进入屈服状态ㄛ弯头外拱外壁处的应力不再随内压的增加而增加ㄛ到达恒定状态˙随着内压进一步增加ㄛ应力达到恒定的区域由外向内扩大˙当压力达到弯头塑性极限压力?#20445;?#24367;头全部达到塑性极限状态ㄛ应力不再随压力的增加而增加﹝弯头应力分布随压力增加的变化规律如﹜所示﹝
    ﹛﹛
    ﹛﹛3.3管道弯头塑性变形规律由弯头塑性极限有限元分析结果可知ㄛ首先各个典型位置处应力随压力增加的变化规律发生屈服的部位是管道弯头内拱外壁ㄛ最大塑性变形位于弯头外壁中间点两侧﹝已经屈服的部分应力不再增加ㄛ但变形却进步发展ㄛ即发生塑性变形˙随着压力的增加ㄛ屈服面沿着弯头壁厚方向向内扩张ㄛ最大塑性变形位置由外壁中点两侧向外壁中点扩展˙当弯头达到塑性屈服极限状态?#20445;?#26368;大塑性变形位于弯头外供外壁中点处﹝中国钢管信息港消息报道称
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