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目前,在各國的設計標準和規范中,采用在開口邊緣加固或局部加厚管壁,以降低應力集中系數。
目前管道開孔的三通設計有多種原則,如等面積補強;極限分析補強法;安定分析補強;壓力面積法。這些分析方法都是近似的根據經驗分析和評估,帶有一定的局限性。
管道開孔和三通結構應力分析的邊界條件,首先在三通端部施加固定約束,以限制彎管的剛體位移;在管道的對稱邊界上施加對稱約束。三通的載荷包括三通內壁的壓力端部的附加彎矩。
結構尺寸參數對管道開孔和三通應力的影響分析,在其它條件不變的情況下,改變開孔孔徑的大小以后,應力有所變化。
管徑增大后,應力分布基本沒有變化,但連接處的應力集中增大了,因此對于孔徑比較大的管道。在管道上開孔和連接三通時,應特別注意應力集中的影響,以提高管道的壽命。
在開孔處增大壁厚以及管道開孔和三通在連接處增大壁厚以后,應力分布略有改變,變化不大,但應力集中數值減少了很多。
所以進一步分析證實,管道開孔和三通可以通過在連接處增大壁厚,以減少應力集中是正確的。隨著壁厚的增大,應力集中不斷減少。但這樣也增加了管道的重量,所以在管道開孔和三通的設計中規定,一般壁厚增大的值與開孔去除的材料相一致,以保證管道重量基本不變。
當管道上開孔和三通的管徑小于直管的管徑時,應力集中相對于等直徑的管道開孔和三通的應力集中值也相應減小。
1.管道開孔和三通使管道產生了較大的應力集中,且應力集中主要發生在連接處,隨著管徑的增大,應力集中的增加值越大。
2.通過在管道開孔和三通的連接處增大壁厚,或改變連接處的結構形狀,可以使應力集中減小,且隨壁厚的增大和連接過圓孤半徑的增大,應力集中越小。所以可通過增大連接處管道壁厚或連接過渡弧半徑的方法,減少管道開孔和三通的應力集中系數,以增強管道的強度,延長管道的壽命。
3.管道開孔及三通的正確安裝也會減少應力集中現象,嚴格按照規定進行螺栓的緊固步驟,否則容易出現泄漏或使管道失效。