異徑管在受壓管道系統(tǒng)中是常見(jiàn)的重要部件,但對(duì)異徑管問(wèn)題的研究基本還是空白。通過(guò)理論分析對(duì)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(guò)有限元數(shù)值分析和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)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(xiàng),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(gè)區(qū)間,彎矩系數(shù)分別按相應(yīng)區(qū)間的回歸式計(jì)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(xiàng),再乘以系數(shù)。同心異徑管極限扭矩相對(duì)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(shí)的極限扭矩相對(duì)要比小端面截面承受扭矩時(shí)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法完全傳遞到另一端的概念,扭矩在傳遞中會(huì)逐漸轉(zhuǎn)化為彎矩。90°彎管一個(gè)端面的彎矩既可由另一個(gè)端面的扭矩轉(zhuǎn)化而來(lái)。

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(duì)張開(kāi)、小端相對(duì)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。

5上述理論成果經(jīng)過(guò)了有限元數(shù)值分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)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。