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浙江大学

硕士学位论文

流固耦合下压力管道动态断裂数值分析

姓名：曹明

申请学位级别：硕士

专业：化工过程机械

指导教师：金志江

20060201
加，{Z妒硕士学位论文摘要压力管道是一种危险性较大的特种设备，应用范围十分广泛。但长期以来，由于对压力管道安全认识的不足，管道泄露、燃爆事故时有发生，造成的损失十分巨大。现阶段压力管道断裂安全研究仅局限于管道本体的静态断裂分析，不考虑流体与管道本体的耦合作用以及管道振动条件下动态效应(动态断裂)，因而不能真实反映压力管道的断裂特性，也不能做出正确的安全评介。鉴此，本文提出综合考虑流固耦合和动态效应的方法来研究含缺陷压力管道的动态断裂行为，研究成果将对压力管道的设计、安全评估、寿命预测及预防突发性重人事故的发生、保证安全生产具有重要的理论意义和现实意义。通过对典型的压力管道系统进行综合分析，得到了以下结论：1．在ADINA平台上，实现了应用WiggerI流固藕合模型进行压力管道特性研究的方法，并则+管路系统在流固耦合作用下的固有特性进行了分析，得到了管路内流体质量和内压力的联合作用对管路固有特性的影响。2．在ANSYS平台上，使用1／4节点法对压力管道进行动态断裂分析，得到了三种穿透裂纹的动态应力强度因子数值解，并与理论值比较，进一步从实际数据说明了对压力管道进行动态断裂分析的必要性。3．对一典型的压力管道系统进行流固耦合动态断裂分析，得到了轴向穿透I型裂纹应力强度因子在三种工况下的动态解。关键词：流固耦合裂纹压力管道数值分析动态断裂
所歹，z：妒硕士学位论文dynamice髓ctWORDS：FluidAbstractandanalysisrFSI)andCan’tWiggert’Ssolution，significancethepressureADINA．Winlinteractive(FSI)Dynamicequipmentwidespreadexplosionofpipelinesystemstillfromtimetime．Nowadays，researchisperformedofstaticcausedbyvibration．SOreflectfhcturemechanicalsystem．consideringStructureInteractiveassessmentfatiguepipelinesystem，itsomeargumentsFirst，themethod，tocalculatecharacteristicpipeline，ismodelwithmethod．theeffectinherentofpipelinesobtained．displacementmethodwitllsystem，theoftheKEYfracturemechanicsNumericalPressurepipelinesdangerousspecialtypebutleakoccurredinstagewithoutFluidefrectresultcharacterAnewpresentedpaper．Thewillbeapplieddesign．safetylifepredictionpipelines．Aftertypicalgotconclusions：realizedFSIthisinternalpipeSecond，theintensityfactorthreekindsthrough-wallcrackcalculated1／4nodeANSYS．Aftercomparingtheoryreemphasized．ATlast，afteranalyzingAxialthrou【gh—wallwit}1vibrationCracktocorrectstressstructureAbsttactuse，onaIIareOn
却，，Z学硕士学位论文第一章概论发生，造成的损失十分巨大。据专题调型11．1工程背景及意义压力管道是一种危险性较大的特种设备，广泛应用于化工、石油、制药、能源、航空、环保、钢铁、公用工程等各类工业企业。它分布广，凡有液体输送的场合一般都使用压力管道，如石油天然气的长距离输送、城镇燃气和公用动力蒸汽的输送、各种石油化工企业生产装置等。这些管道作为连接生产和公用设备的动脉，大多输送高温、高压、易燃、易爆、剧毒和腐蚀性介质，其工作的可靠性对整个生产和生活系统的安全至关重要，因而其安全性越来越受国内外相关部门的关注。长期以来，由于对压力管道安全的认识不足，管道泄露、燃爆事故时有J240起压力管道事故中可以看出问题的严重性，其中124起发生人员伤亡，共死亡184人，伤296人，直接经济损失3000多万元，因停产等因素造成的间接损失更为惊人。