Page 43 - 理化检验-物理分册2022年第十期

叶盛春, 等: 不等厚 P92 钢弯头的球形缺陷应力分析及预测

图 3 含缺陷弯头的网格划分示意

2 结果与分析

2.1 不同位置缺陷的应力分析
直径为 8mm 的球形缺陷在弯头不同轴向截面

位置的最大等效应力分布如图 4 所示。由图 4 可
知: 当缺陷位于角度为0° ( zx _ 0 ) 的弯头轴向截面时,
随着缺陷与内壁距离的增加, 其最大等效应力呈下
图 1 缺陷在弯头中的分布示意
降趋势, 且当zx _ 0 轴向截面的环向角度为 0° ( hx _

已知在电站运行工况下的设计温度为 610 ℃ , 且在
0 ) 时, 距离内壁最近处的球形缺陷等效应力最大, 为

156MPa ; 当缺陷位于角度为 15° ( zx _ 15 ) 的弯头轴
该温度下弯头的泊松比为 0.28 , 弹性模量为 1.69×

10 MPa 。 向截面时, 球形缺陷的最大等效应力随着与内壁距
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1.3 载荷、 边界条件及网格划分 离的增加而下降, 当 zx _ 15 轴向截面的环向角度为
因为弯头为对称结构, 所以取弯头的一半为研
0° ( hx _ 0 ) 时, 距内壁最近处的缺陷等效应力最大, 为
究对象 [ 7 ] , 在弯头直段与 x 轴方向垂直的端面施加 163MPa ; 当缺陷位于角度为 30° ( zx _ 30 ) 的弯头轴

x 轴方向的对称约束, 在弯头直段与z 轴方向垂直 向截面时, 缺陷的最大等效应力随着与内壁距离的
的端面施加z 轴方向的对称约束, 在弯头与 y 轴垂 增加 而 下 降, 当 zx _ 30 轴 向 截 面 的 环 向 角 度 为
直的对称面上施加 y 轴方向的对称约束, 且垂直于
0° ( hx _ 0 ) 时, 缺 陷 距 内 壁 最 近 处 的 应 力 最 大, 为
管道内表面施加 27.49 MPa的压力载荷, 弯头加载 165.6MPa ; 当缺陷位于角度为 45° ( zx _ 45 ) 的弯头

如图 2 所示。 轴向截面时, 缺陷的最大等效应力随着与内壁距离
的增加而下 降; 当 zx _ 45 轴 向 截 面 的 环 向 角 度 为
0° ( hx _ 0 ) 时, 与内壁最近处的缺陷等效应力最大, 为

160MPa 。
在zx _ 0 轴向截面中, 与弯头内壁相同距离的球
形缺陷在不同的环向位置, 其缺陷的最大等效应力
基本相同; 而在zx _ 15 , zx _ 30 , zx _ 45 轴向截面中, 与
弯头内壁距离相同的球形缺陷在 hx _ 0 的环向位置
等效应力最大, 位于 hx _ 15 环向位置的缺陷最大等
图 2 弯头加载示意 效应力次之, hx _ 90 , hx _ 135 , hx _ 180 环向位置球形
弯头在内压作用下, 内弧侧区域的应力较为集 缺陷的最大等效应力最小, 且基本一致。
中 [ 8 ] , 故在弯头内弧侧的网格密度相较于外弧侧更 2.2 球形缺陷最大应力预测模型的建立
加稠密, 且位于弯头缺陷区域的应力比其他部位更 由上述分析可知, 球形缺陷位于zx _ 15 , zx _ 30 , zx
加集中, 在弯头缺陷位置附近的网格密度需大于其 _ 45轴向截面, 缺陷的最大等效应力随着环向位置和
他部位 [ 9 ] , 含缺陷弯头的网格划分如图 3 所示。模 缺陷与内壁距离的变化基本一致, 且符合一定的函数
拟划分的网格类型为 C3D10 。 关系, 因此取 zx _ 45 轴向截面对其球形缺陷的最大
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