異徑管的應力分析
異徑管在受壓管道系統中是常見的重要部件,但對異徑管問題的研究基本還是空白。通過理論分析對內壓以及面內彎矩、扭矩作用下同心異徑管、偏心異徑管、異徑彎管的應力進行了研究,通過有限元數值分析和實驗進行了驗證。
主要工作有：
1、推導了內壓作用下異徑彎管的環向應力公式和經向應力公式。在相應的結構參數條件下,異徑彎管的環向應力公式可以轉化為同心異徑管、偏心異徑管、或等徑彎管的環向應力公式。在此基礎上推導了異徑管的極限壓力式。異徑管的極限內壓由其大端截面控制。
2、推導了異徑管的極限彎矩公式,異徑管的極限彎矩由其小端截面控制。同心異徑管、偏心異徑管極限彎矩均相當于與小端口截面尺寸相同的直管的極限彎矩。異徑彎管極限彎矩由與小端面尺寸相同的同心異徑管、偏心異徑管的極限彎矩作為基礎項,再乘以彎矩系數。根據異徑彎管彎曲系數的大小分為四個區間,彎矩系數分別按相應區間的回歸式計算。
3、推導了異徑管的極限扭限公式,異徑管的極限扭矩均由其小端截面控制,相當于與小端口截面尺寸相同的直管的極限扭矩公式作為基礎項,再乘以系數。同心異徑管極限扭矩相對要比偏心異徑管的極限扭矩略大一點,異徑彎管大端面截面承受扭矩時的極限扭矩相對要比小端面截面承受扭矩時的極限扭矩小。在異徑彎管承受端面扭矩作用上,還提出了一端的扭矩無法完全傳遞到另一端的概念,扭矩在傳遞中會逐漸轉化為彎矩。90°彎管一個端面的彎矩既可由另一個端面的扭矩轉化而來。
4、提出了同心異徑管、偏心異徑管和異徑彎管的有限元模型建模法。
總結出應力分布或變形的特征：
(1)內壓作用下同心異徑管大小端的面積壓力差產生的彎矩引起大端相對張開、小端相對收縮的現象;
(2)內壓作用下偏心異徑管偏心側大端內表面及偏心側中部外表面的環向應力最大。
5、上述理論成果經過了有限元數值分析和實驗驗證。實驗還表明,內壓作用下環殼的彎曲半徑和管截面半徑均增大,而管壁厚變化很小。
