[發明專利]一種基于TRESCA強度理論的彎管變壁厚設計方法和裝置

有效

• 申請號: 201910305513.6
• 申請日: 2019-04-16
• 公開（公告）號: CN110020492B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發明（設計）人: 李彬;趙哲;王夢;辛自立;常仁珂;張迪;劉國慶;王振峰;王建新;李鵬
• 申請（專利權）人: 河南大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/17
• 代理公司: 蘇州知途知識產權代理事務所(普通合伙) 32299
• 代理人: 張錦波;馬剛強

本申請涉及一種基于TRESCA強度理論的彎管變壁厚設計方法和裝置，先對彎管進行建模，建立無量綱化壓強分布模型，根據數值模擬求解出無量綱化壓強分布模型力的待定系數，再根據求解出的待定系數代入環向分布應力公式和軸向分布應力中以判斷主應力，最后以環向分布應力分布公式或者軸向分布應力分布公式建立變壁厚彎管壁厚數學模型。因此，本申請的基于TRESCA強度理論的彎管變壁厚設計方法和裝置能夠對變壁厚彎管進行設計，并對管道輸送中彎管的安全性進行校核。

技術領域

本申請屬于彎管設計技術領域，尤其是涉及一種基于TRESCA強度理論的彎管變壁厚設計方法和裝置。

背景技術

彎管廣泛應用于鍋爐、石油化工、航空航天等各種壓力容器中，是管道系統的重要組成部分。工程中使用的彎管受力復雜，對彎管進行準確的力學分析是進行彎管設計制造和結構可靠性分析的重要前提。由于離心力的作用流體對彎管的外側壁施加正向的擠壓力，外側壓力大，對彎管的內側壁有負向的牽引力，內側壓力小。傳統的彎管應力分析將彎管近似看作承受均勻內壓的直管來處理，實際工況下，彎管處壓力荷載分布的不均勻性加劇了彎管的應力集中，發生破壞失效的問題愈見明顯。因此急需一種變壁厚彎管壁厚設計模型，為不同參數下變壁厚彎管設計、管道輸送中彎管的安全性校核提供依據。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：為解決現有技術中的不足，從而提供一種基于TRESCA強度理論的彎管變壁厚設計方法和裝置。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種基于TRESCA強度理論的彎管變壁厚設計方法，包括以下步驟：

S1：對彎管進行建模，取1/2彎管作為研究對象，測量彎曲角度A，彎管內直徑d，彎管彎曲半徑R，彎曲度k＝R/d，壓力作用位置中軸向角為α，環向角為β；

S2：建立關于流體密度ρ、彎管的入口流速v、彎管的出口壓強P₀、內壓P的無量綱化壓強分布模型；

S3：對流體密度ρ、彎管的入口流速v和出口壓強P₀下導入彎管模型中進行流動過程的數值模擬，獲取內壓P的值，并對無量綱化壓強分布模型進行擬合，求解出無量綱化壓強分布模型的待定系數；

S4：將求解出的待定系數的值代入環向分布應力公式和軸向分布應力中；

S5：將流體密度ρ、彎管的入口流速v和出口壓強P₀的值分別代入S4步驟中的環向分布應力公式和軸向分布應力公式中，計算相同工況下的環向分布應力和軸向分布應力大小；

S6：取環向分布應力和軸向分布應力中的較大值，作為選取值較大的建立相應的變壁厚彎管壁厚數學模型。

優選地，本發明的基于TRESCA強度理論的彎管變壁厚設計方法，S2步驟中無量綱化壓強分布模型：

其中ρ為流體密度、v彎管的入口流速、P₀彎管的出口壓強、P為內壓，n₁、n₂、n₃和n₄為待定系數。

優選地，本發明的基于TRESCA強度理論的彎管變壁厚設計方法，S3步驟中采用軟件FLUENT進行數值模擬，采用1stOpt軟件對無量綱化壓強分布模型進行擬合以求解出n₁、n₂、n₃和n₄。

優選地，本發明的基于TRESCA強度理論的彎管變壁厚設計方法，S4步驟中，環向分布應力σ_β1公式為：

，軸向分布應力σ_α1公式為：