弯管几何参数不规则度对弯头应力的影响

结 束 语 我国高压输 电线路的钢筋混凝土电杆 , 在 �� 年代开始制造阶段 , 均在蒸汽养 护 之 后再进行水泡二次养护 。 �� �� 年 代 基 本 上取消了水养护工艺 。 由此引起电杆在质量 上产生一些问题 � 根据全国所进行的广泛调 查 , �� 年代以后制造的电杆质量不如前者 , 突出的问题是纵向裂纹比较严重 。 本文针对 这一问题 , 进行了一些试验和理论分析 , 并 已在生产应用中取得较好效果 。 弯管几何参数不规则度 对弯头应力的影响 影响 。 图 � 表示弯头带有 � 肠 椭圆度 和 �肠 波浪度时的情况 。 可 以看出 , 任何状况对最 大应力都没有显著 的影响 。 — 恒定厚度� � �二井� 二灯“ �贾戈‘ � , 努黄优 �口�“瓜志 卜写� �认甘」弘、�出州� 皿甘白�月�‘不么 长侧定画 �� 创��� �’� 管子弯头的几何参数的不规则度 �失 圆 度 �表现为以下三种形式 � � �� 管壁厚 度 变 化 , 弯头外侧减薄 , 内侧增厚 � � � � 成椭 圆 �正椭圆或不对称椭圆 � � � � �内侧皱褶 �波浪 度 � 。 这些儿何参数不规则度的形成及其表现 程度主耍决定于弯管方法和工艺水平 , 并对 弯头产生不同程度的危害丁 因此不同类型的 管子 �如一般钢管 、 不锈钢管 、 有色金属管 , 小径薄壁管 、 大径厚壁管等 �必须采用恰 当 的弯管方法 �如冷弯 、 热弯或中频弯制等 �以 保证弯管质 量 � 对弯头受力情况的分析已有很多资料介 绍 , 这里不再重述 。 下面主耍就几何参数不 规则度 �失圆度 �引起的附加应力及其危害性 作综合阐述 。 在运行中 , 弯头受到综合性附加应力的 作用 � 即弯制时产生的平面弯 曲力和内压引 起的一次应力�薄膜应力 �和二次应力 �由 失 圆度产生的 � 。 一些试验研究结果表明 , 当弯头圆周壁 厚不同时 , 平面弯曲力对圆周应力的分布仅 有微小的影响 , 对其他失圆情况也类似 。 图 � 表示壁厚有变化的弯头 , 其居中部位内表 面的圆周应力分布状况 。 从图可以看 出 , 壁 厚变化甚至达士 �� 肠时 , 也仅仅产生很小的 璧厚有变化的弯头其中部内 表面由于平面弯曲产生的回 周应力 汪引 但是当管子承受内压时 , 情况则完全不 同 , 它对各种形式的几何参数不规则 度 �失 圆度 �特别是对椭圆度均产生较大的 影 响 , 现按不同形式的椭圆度分别论述如下 。 之� 椭回度 当带有椭圆度的弯头承受 内压时 , 它总 是力图恢复正圆 。 这时 , 除一次应力外 , 会 同时 引起较大的二次应力 。 这一情 况是目前 国际上研究的重点 。 按照国外某些资料提供的研究情况 , 可 用薄壳理论分析一个薄壁等厚度具有椭 圆度 的管子 , 如图 � 所示 。 管子承受内压时 引起 的园周弯曲应力为 � 、七气一� �、�下份找 � � ,’ 盛护由从,也用川、占, 龟妞�扩·犷 扮伙度 踌认闻国单队叭批泊峨之,扎�于人之,一介� � � � 。口汤 � � 二匕� 一石一毛 � � � � � 七� � � � � 含� � � �� 价 却劫�� 的�� 初创初仰翻仰�� 铆 舜创定回 ⋯三巨 圈 � 冈侧 式中 � �—内压 �七—壁厚 �� 。—半径 �带有各种几何参粼不规则度 时弯头中部由于平面弯曲产 生的圆周应力 � � �� 正刃阵 � 豆� ’ 」� 管壁厚度变化 当管壁厚度有变化时 , 内压对圆周应力 的分布是有影响的 , 但并不导致危害 , 因为 最大应力峰值反而降低了 , 而 最小应力值是 增加的 , 如图 � 所示 � �一一杨氏模量 ��—泊桑 比 �� � � 。 � �姗 �价 实际上 , 管子弯头部位是复曲面形 , 管 壁厚度也有变化 , 外侧管壁减薄 , 内侧管壁 增厚 �如图 � � , 其应力情况还耍复杂得多 。 俗例 “�‘ “ “ 、 、 尹 尸 � � 场、 , � , � 谁 图 � 椭圆截面的管子二 �二艺 � 二护 , ‘夕‘一� 二丁� � ,一”厂, � 之 乃越川,快倒�目, —柱定厚度� � 一士御言梦交“‘ ’一” 一才乃考蜜交如仍改召 脚�侧 古“ 汾脚丫必� 行一淤外栩密 圈 � 厚度有变化的奄头其中部内 表面由于内压产生的回周应 力 图 � 复曲面形弯头示意图 �椭回 形截面 , 壁厚有变化 � — 线弹性分折� �一非我弹牲分拍���么��工 根据西德国家标准�� �� � � ! � , 弯 管 的疲劳强度因椭圆度而递增 。 因此 , 在管壁 厚度的计算中耍引入减 弱系数� , 其值为 � � �。肠�见图 � 、 ,六、 户� � ‘庄力 石�拳,���口��曰乙共乡马苏厂乙�� � ��应一 �盖�� � 二 一 砚弋 而一万 石, —� 拢� � 往 川训叫月。形始 ����拓咐麒详 口卜寸爪片飞 一�万 ,� ‘��彬国理图 � 弯管椭回度对疲劳强度的影响—减弱系数与椭圆度的关系 “ � �列夕吞�一助 �斗侧偿夕“ 产�汐‘ 廿仍公 据某些研究资料报导 , 过大的椭圆度将 使表面圆周应力成倍增长 �产生一个最 大 应 力峰值� 。 图 � 表示一个具有 � 肠椭圆度的弯 管 , 当承受内压时 , 其表面圆周应力峰值在内 侧将增加到 � � �� 倍 �按线弹性分析 � 和 � � �� 倍 �按非线弹性分析 � 。 � � 波浪度 图 了 具有 � �椭圆度的弯头中部 内表面承受内压时的应力分 布情况 对具有波浪度的弯管的分析 研 究 尚 不 多 但和椭圆度一样 , 当承受 内压时将促使 表面圆周应力产生一个峰值 。 当管子承受平面弯曲和内压时上述几种 几何形状不规则度在弯头表面引起的应力峰 值列于表 � 。 表 � 由由 于 内 力力 士 � � 肠壁厚变化 一 � � �呱 一 � � � 肠 � 肠椭圆度 十 � � � �呱 十 � � � 呱 ��内侧波浪度 � � � � �肠 微 小 � � 几点看法 � � 从以上分析可以看出 , 平面弯 曲 对圆周应力的影响不大 , 壁厚变化也不是造 成应力峰值的主耍因素 �而且若用厚壁 管 弯 管则可以完全补偿减薄率 � , 而主耍的 因素 是椭圆度和波浪度对承受 内压的弯 管 的 影 响 , 这两种失 圆度均促使圆周应力峰值大大 增加 , 所以它是设计和弯管中必须认真考虑 的问题 。 良好的设计必须针对弯头的具体应 力状况 , 规定出一个不应超过的失圆度 , 而 弯管中则必须选择正确的弯管方法和工艺 , 以 保证木超过设计规定的失圆度数值 。 �� � 关于椭圆度 , 有文献介绍 , 从 安 全可靠性考虑 , 以不超过 � � � 肠为好 。 英 国 、 美国和 日本等国的现行标准均规定不超 过 � 肠 , 这个数值还未计及因外载而造成其 他附加应力可能造成的不安全因素 �这些因 素因具体情 况的不同而不同 , 不能简单作出 统一的规定 , 而是在设计中加以修正系数来 取得 补偿 �。 国内几个专业部的规定很 不 一 致 , 一 般在 � 一 � 肠 � 总的说来是偏高的 , 安全裕度不够 。 �� � 弯管采用中频感应局部加热 的 推 弯法可保证椭圆度小于 � 帕 �实践证 明 有 的 可小于 � 肠� , 减轻甚至避免波浪度 。 参考文献�略� �西北电力建设局 王劲 ,忠� 编译� 椭圆截面变壁厚弯管的内压应力 � � � � �� �� � � � � �� � � � � �� 摘 要 简单地讨论了由弯管加工所引起的几何 形状不规则的形式 , 提出了计算每一种几何 不规则管子在 内压作用下所引起的应力 。 联合各单项公式可以求得完全几何不规 则弯管在内压作用下的应力分布 。 将典型弯 管按公式求得的结果与有限元方法所得的结 果进行比较 。 对英国标准的要求和限定与木文导出的 公式预见进行 了比较 。 符号说明 � � 椭圆 一长半 轴 , 内 径 � � 椭圆短半轴 , 内径 � � 平均内径 � � 杨 氏模量 � �� � 第二类椭圆积 分 � � 偏 心 距 � �� �第一类椭圆积分 � � 了 �� ’一 � ’ � � ’ � � � 固定端弯矩 � � 内压 � � � 内半径 � � 。 外半径 � � � 平均半径 � � 弧 长 � 七 壁厚 � 七‘ 弯管内弧壁厚 � � 。 弯管外弧壁 厚 � �二 平均壁厚 � � � 任意角�处的壁厚 � � 弯曲应变能 � � � 、 � � 位移 � � 平均 横截面半径的偏差 � � 、 � 坐标方向 � “� , “� 应变 � 雪, 粉 极坐标 � 梦 , 必 角 度 � 口 绕横截面从长轴起向外测 量的角度 � � 波桑比 � � , 周向应力 � � � 膜应力 � “ � 弯曲应力 。 � � 前 言 弯管时 , 由于弯矩的作用 , 管子在弯曲 平面内的横截面可能变得很扁 。 这种扁截面 的形状可能随弯管加工所采用的工具而有所 区别 , 但通常近似为椭圆形 。 同时 , 由于管 壁的塑性流动使弯管的外侧壁厚减 薄 , 内侧 壁厚增厚 , 这两种效应示于图 � 中 。 内呱始厚 阳 � 带子育曲前后的特性