[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

说明书

本申请涉及一种基于TRESCA强度理论的弯管变壁厚设计方法和装置，先对弯管进行建模，建立无量纲化压强分布模型，根据数值模拟求解出无量纲化压强分布模型力的待定系数，再根据求解出的待定系数代入环向分布应力公式和轴向分布应力中以判断主应力，最后以环向分布应力分布公式或者轴向分布应力分布公式建立变壁厚弯管壁厚数学模型。因此，本申请的基于TRESCA强度理论的弯管变壁厚设计方法和装置能够对变壁厚弯管进行设计，并对管道输送中弯管的安全性进行校核。

技术领域

本申请属于弯管设计技术领域，尤其是涉及一种基于TRESCA强度理论的弯管变壁厚设计方法和装置。

背景技术

弯管广泛应用于锅炉、石油化工、航空航天等各种压力容器中，是管道系统的重要组成部分。工程中使用的弯管受力复杂，对弯管进行准确的力学分析是进行弯管设计制造和结构可靠性分析的重要前提。由于离心力的作用流体对弯管的外侧壁施加正向的挤压力，外侧压力大，对弯管的内侧壁有负向的牵引力，内侧压力小。传统的弯管应力分析将弯管近似看作承受均匀内压的直管来处理，实际工况下，弯管处压力荷载分布的不均匀性加剧了弯管的应力集中，发生破坏失效的问题愈见明显。因此急需一种变壁厚弯管壁厚设计模型，为不同参数下变壁厚弯管设计、管道输送中弯管的安全性校核提供依据。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为解决现有技术中的不足，从而提供一种基于TRESCA强度理论的弯管变壁厚设计方法和装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于TRESCA强度理论的弯管变壁厚设计方法，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。

优选地，本发明的基于TRESCA强度理论的弯管变壁厚设计方法，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。

优选地，本发明的基于TRESCA强度理论的弯管变壁厚设计方法，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。

优选地，本发明的基于TRESCA强度理论的弯管变壁厚设计方法，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：