[发明专利]一种基于TRESCA强度理论的弯管变壁厚设计方法和装置

权利要求书

1.一种基于TRESCA强度理论的弯管变壁厚设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：对弯管进行建模，取1/2弯管作为研究对象，测量弯曲角度A，弯管内直径d，弯管弯曲半径R，弯曲度k＝R/d，压力作用位置中轴向角为α，环向角为β；

S2：建立关于流体密度ρ、弯管的入口流速v、弯管的出口压强P₀、内压P的无量纲化压强分布模型；

S3：对流体密度ρ、弯管的入口流速v和出口压强P₀下导入弯管模型中进行流动过程的数值模拟，获取内压P的值，并对无量纲化压强分布模型进行拟合，求解出无量纲化压强分布模型的待定系数；

S4：将求解出的待定系数的值代入环向分布应力公式和轴向分布应力中；

S5：将流体密度ρ、弯管的入口流速v和出口压强P₀的值分别代入S4步骤中的环向分布应力公式和轴向分布应力公式中，计算相同工况下的环向分布应力和轴向分布应力大小；

S6：取环向分布应力和轴向分布应力中的较大值，作为选取值较大的建立相应的变壁厚弯管壁厚数学模型。

2.根据权利要求1所述的基于TRESCA强度理论的弯管变壁厚设计方法，其特征在于，S2步骤中无量纲化压强分布模型：

其中ρ为流体密度、v弯管的入口流速、P₀弯管的出口压强、P为内压，n₁、n₂、n₃和n₄为待定系数。

3.根据权利要求2所述的基于TRESCA强度理论的弯管变壁厚设计方法，其特征在于，S3步骤中采用软件FLUENT进行数值模拟，采用1stOpt软件对无量纲化压强分布模型进行拟合以求解出n₁、n₂、n₃和n₄。

4.根据权利要求3所述的基于TRESCA强度理论的弯管变壁厚设计方法，其特征在于，S4步骤中，环向分布应力σ_β1公式为：

，

轴向分布应力σ_α1公式为：

其中t₀＝[R/(R+rsinβ)]t，t₀为变壁厚弯管壁厚，t为原始理论壁厚。

5.根据权利要求4所述的基于TRESCA强度理论的弯管变壁厚设计方法，其特征在于，S6步骤中，若环向分布应力大于轴向分布应力，则变壁厚弯管壁厚数学模型为

若环向分布应力小于轴向分布应力，则变壁厚弯管壁厚数学模型为：

其中，σs为材料的许用应力。

6.一种基于TRESCA强度理论的弯管变壁厚设计装置，其特征在于，包括：

建模模块：用于对弯管进行建模，取1/2弯管作为研究对象，测量弯曲角度A，弯管内直径d，弯管弯曲半径R，弯曲度k＝R/d，压力作用位置中轴向角为α，环向角为β；

压强分布模型建立模块：用于建立关于流体密度ρ、弯管的入口流速v、弯管的出口压强P₀、内压P的无量纲化压强分布模型；

求解模块：用于对流体密度ρ、弯管的入口流速v和出口压强P₀下导入弯管模型中进行流动过程的数值模拟，获取内压P的值，并对无量纲化压强分布模型进行拟合，求解出无量纲化压强分布模型的待定系数；

计算模块：用于将求解出的待定系数的值代入环向分布应力公式和轴向分布应力中；

比较模块：用于将流体密度ρ、弯管的入口流速v和出口压强P₀的值分别代入计算模块中的环向分布应力公式和轴向分布应力公式中，计算相同工况下的环向分布应力和轴向分布应力大小；

模型确定模块：用于取环向分布应力和轴向分布应力中的较大值，作为选取值较大的建立相应的变壁厚弯管壁厚数学模型。