在管路系統(tǒng)中，彎頭是改變管路方向的管件。按角度分，有45°及90°180°三種最常用的，另外根據(jù)工程需要還包括60°等其他非正常角度彎頭。彎頭的材料有鑄鐵、不銹鋼、合金鋼、可鍛鑄鐵、碳鋼、有色金屬及塑料等。與管子連接的方式有：直接焊接（最常用的方式）法蘭連接、熱熔連接、電熔連接、螺紋連接及承插式連接等。按照生產(chǎn)工藝可分為：焊接彎頭、沖壓彎頭、推制彎頭、鑄造彎頭、對焊彎頭等。其他名稱：90度彎頭、直角彎等。
局部減薄彎頭的極限載荷研究
局部減薄是彎頭常見的缺陷，但國內(nèi)外對此類缺陷的研究主要針對直管，對彎頭局部減薄的研究少有文獻報道。本文通過詳細的有限元計算和理論分析，研究了在內(nèi)壓和彎矩作用下局部減薄對彎頭極限承載能力的影響，以及內(nèi)壓作用下多局部減薄的相互干涉效應(yīng)和彎矩作用下直管對彎頭極限載荷的加強作用，并進行了部分實驗驗證，得到了以下研究成果：
1、用有限元方法對內(nèi)壓作用下局部減薄彎頭的極限載荷進行了系統(tǒng)地分析和計算，得出局部減薄彎頭的極限壓力與局部減薄的直管不同，彎頭的極限壓力不僅取決于局部減薄大小，還與局部減薄位置和彎曲半徑有關(guān)，如采用局部減薄直管的計算方法評定彎頭，則會得出不安全或過于保守的結(jié)果；同時減薄寬度對極限載荷的影響也不可忽略。在有限元分析的基礎(chǔ)上給出了局部減薄彎頭極限壓力的計算公式，公式計算結(jié)果與有限元計算和實驗結(jié)果都相當(dāng)吻合并偏安全，計算公式可以實際應(yīng)用于局部減薄彎頭的安全評定，補充了該項研究的空白。
2、通過有限元分析，研究了在內(nèi)壓下多局部減薄之間的相互干涉效應(yīng)，研究表明多局部減薄的相互影響不僅與間距有關(guān)，還與減薄深度有關(guān)。指出減薄深度較淺時，軸向局部減薄間距大于2倍壁厚，雙局部減薄的極限載荷與單個局部減薄的極限載荷基本相同；當(dāng)減薄深度較深，軸向局部減薄間距大于4倍壁厚時，雙局部減薄的極限載荷與單個局部減薄的極限載荷基本相同，補充了現(xiàn)有研究的不足。
3、通過有限元計算，研究了相連直管對彎頭極限彎矩的加強作用，指出與彎頭相連的直管會使彎頭的極限彎矩增大，彎曲半徑不同時，彎頭極限載荷增加量不同。當(dāng)相連直管長度大于3倍管徑時，直管對彎頭的強化作用不再增加。該項研究補充了直管對彎頭加強作用研究的不足。
4、通過有限元分析詳細研究了局部減薄對彎頭極限彎矩的影響，得出面內(nèi)彎矩作用下局部減薄彎頭極限彎矩的大小與減薄位置、減薄尺寸及彎曲半徑有關(guān)。研究表明在彎矩作用下，幾何非線性的影響是顯著的。在內(nèi)壁局部減薄和大變形有限元分析的基礎(chǔ)上，給出面內(nèi)彎矩作用下局部減薄彎頭極限彎矩的計算公式，計算結(jié)果可以較準確并偏保守地反映出有限元計算結(jié)果，并與實驗結(jié)果相符。該項研究填補了這一領(lǐng)域的空白。
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