大直径厚壁三通应力分析开题报告

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1. 研究目的与意义

三通是石油化工行业管道体系中一个重要的构件，已广泛应用于石油、化工、天然气、电力、船舶及机械等行业中的管道系统。在管道运输、传送中，三通起着不可替代的作用，它的失效破坏往往容易造成整个系统的瘫痪，因此三通的强度设计和安全使用在工程应用中具有非常重要的意义。由于大直径厚壁三通开孔直径大，几何结构不连续，其主、支管相贯区的应力分布复杂，难以按照常规设计方法进行设计。在实际的工程配管设计中，大直径厚壁三通管还没有相应的设计、制造标准。三通本身的成本并不高，但是其失效引起的事故和停机所带来的经济损失往往是巨大的。因此，对于这种大型厚壁三通应力分布规律、应力集中程度的研究，无疑具有重要的理论意义和应用价值。随着计算机技术的发展，有限元技术被越来越多得应用到压力容器、管道的应力分析中，本课题将应用大型有限元分析ANSYS对大直径厚壁三通进行应力分析。

2. 国内外研究现状分析

三通是管道系统中的一个重要的连接管件，关于三通等管道元件的应力分析的研究具有重要的理论意义和应用价值，因此，已有大量的文献讨论过这类问题。

国外方面，早在20世纪六十年代末，goodall首次采用近似的teresa屈服准则，分析了两个圆柱体相贯结构的极限载荷,给出了三通塑性极限压力的下限解，不过，该方法不适用于管径比d/d大于0.5的管道三通，仅限于管径比d/d较小的情况。biron对塑性极限载荷下三通的下限解进行了分析，首先将结构离散化，利用y1屈服平面对离散后的小块建立能量方程，通过连续边界条件联立方程组,求得解析解。同时，biron总结了在极限压力作用下理想的相贯结构的有限元分析成果，通过分析认为采用下限理论轴对称结构能够得到真实的结果，但对具有对称结构的管道三通，则需要做一些近似假设；

ellyn和turkhan对塑性极限载荷下三通的下限解进行了分析，首先假设一个应力场，对应力场进行离散，对离散后的应力场基于外力平衡建立方程组，结合边界条件和屈服条件对联立方程组进行求解，从而编制了非线性有限元程序，该方法忽略了管径比d/d的限制，因此可用于任何管道三通。然而，至今这些程序没有公开，工程上还无法使用；

schroeder等人基于ilyushin的对mises屈服面的近似处理，通过假设变形速度场具有一定的自由度，以使得极限压力上限解逐步减小并接近真实值，提供了一种仅限于d/d小于0.4的计算方法，为扩大该方法的使用范围，schroeder等人通过重新假定塑性变形区，获得了一个新的塑性极限压力上限解，这种计算方法不仅适用于d/d在0~1范围内的情况，而且还可用于求解斜三通的极限载荷；ellyin等人采用域法分析应力场，假定了一个广义应力场，在满足一定的屈服条件下，利用主、支管的内压均满足外力平衡方程和边界条件，编制了非线性有限元程序，给出了三通塑性极限压力的下限解，求解过程中并未对d/d加以限制，因而可用于所有的三通，然而该程序至今未见发表，不适用于工程应用；

3. 研究的基本内容与计划

研究内容

本文应用有限元分析计算方法，利用ansys软件对大直径厚壁三通进行应力分析研究，并进行强度评定，介绍使用ansys软件进行应力分析的思路、基本步骤及结论。主要研究内容主要包括：介绍大直径厚壁三通的结构特点、应用场合、设计方法等；ansys有限元分析的研究进展，应力分析软件在三通应力分析问题上的应用进展等；对大直径厚壁三通进行强度的应力计算与应力分析，研究其应力分布规律、应力集中程度的情况。

计划

4. 研究创新点

无