流固耦合下压力管道动态断裂数值分析.pdf

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狭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：贏平台上实现了应用鞴膛汉夏Ｐ徒醒沽艿捞匦研究的方法并则苈废低吃诹鞴恬詈献饔孟碌墓逃刑匦越辛朔治觯玫搅斯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。贏平台上使用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。砸坏湫偷难沽艿老低辰辛鞴恬詈隙狭逊治觯玫搅酥嵯虼┩土盐朴αη慷纫蜃釉谌止た鱿碌亩狻关键词：流固耦合裂纹压力管道数值分析动态断裂所歹憾仕妒垦宦畚鑓篎痶疭甒．甋．瑃．．甌．瓵．緂獁却妒垦宦畚第一章概论发生造成的损失十分巨大。据专题调型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、燃爆事故时有起压力管道事故中可以看出问题的严重性其中鸱⑸嗽鄙送觯菜劳人伤耍苯泳盟鹗多万元因停产等因素造成的间接损失更为惊人。年某厂⋯压力管道发生开裂丙烷大量泄漏气化遇明火起爆爆炸冲击波影响到多公里以外造成怂劳觯耸苌恕？梢钥闯觯沽艿腊踩纯隽钊说Ｓ牵乇鹗墙几年来压力管道的事故发生率呈明显上升趋势。目前国内对压力管道的安全虽然十分重视但至今仍然没有形成一个完善的压力管道安全管理体系在法律、法规、标准规范的建设方面均有不健全之处。压力管道断裂安全研究虽有大量文献报导但都仅局限于管道本体的静态断裂研究不考虑流体与管道本体的耦合作用以及管道在振动条件下动态效应裂蚨荒苷媸捣从逞沽艿赖亩狭烟匦裕膊荒茏龀稣返陌踩澜椤事实上输流压力管道安全分析是一个典型的流固耦合动态问题。各种输水、输油和输气管道在具有一定压力和流速流体的作用下管壁上均会受到液体的动态压力同时这些压力管道还受到各种类型振动荷载的作用这些动态压力和却扑妒垦宦畚高自然地动态断裂参量的数值也相应提高因而裂纹得到了更大的驱动力极振动的联合作用将使压力管道处于明显的动态效应之下。同时绝大多数在役压力管道在制造、安装和使用过程中都会产生裂纹蚱渌毕这些裂纹在上述动态载荷的联合作用下其尖端的应力和位移渐近场在数值上将有明显的提有可能导致压力管道中的微小裂纹快速起裂并迅速扩展使压力管道整体结构遭到破坏带来巨大的生命财产损失。由于动态断裂而导致压力管道破坏的事故是非常常见的如输送原油或天然气的大型管线当裂纹发生失稳扩展时其扩展速率往往很高‘瞬间就可波及数千米。例如横跨北美大陆的输气管道就曾于七十年代间发生过这类事故裂纹的扩展速率高达痵由此而造成的损失十分惨重。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大事故的发生、保证安全生产具有重要的理论意义和现实意义。国内外研究现状流固耦合问题和动态断裂问题分别是流体力学和