異徑管應力分析

異徑管在受壓管道系統中是常見的重要部件,但對異徑管問題的研究基本還是空白。通過理論分析對內壓以及面內矩、扭矩作用下同心異徑管、偏心異徑管、異徑管的應力進行了研究,通過有限元數值分析和實驗進行了驗。

　　主要工作有:

　　1推導了內壓作用下異徑管的環向應力公式和經向應力公式。在相應的結構參數條件下,異徑管的環向應力公式可以轉化為同心異徑管、偏心異徑管、或等徑管的環向應力公式。在此基礎上推導了異徑管的限壓力式。異徑管的限內壓由其大端截面控制。

　　2推導了異徑管的限矩公式,異徑管的限矩由其小端截面控制。同心異徑管、偏心異徑管限矩均相當于與小端口截面尺寸相同的直管的限矩。異徑管限矩由與小端面尺寸相同的同心異徑管、偏心異徑管的限矩作為基礎項,再乘以矩系數。根據異徑管曲系數的大小分為四個區間,矩系數分別按相應區間的回歸式計算。

　　3推導了異徑管的限扭限公式,異徑管的限扭矩均由其小端截面控制,相當于與小端口截面尺寸相同的直管的限扭矩公式作為基礎項,再乘以系數。同心異徑管限扭矩相對要比偏心異徑管的限扭矩略大一點,異徑管大端面截面承受扭矩時的限扭矩相對要比小端面截面承受扭矩時的限扭矩小。在異徑管承受端面扭矩作用上,還提出了一端的扭矩法完全傳遞到另一端的概念,扭矩在傳遞中會逐漸轉化為矩。90°管一個端面的矩既可由另一個端面的扭矩轉化而來。

　　4提出了同心異徑管、偏心異徑管和異徑管的有限元模型建模法。

　  總結出應力分布或形的特征:

　　(1)內壓作用下同心異徑管大小端的面積壓力差產生的矩引起大端相對張、小端相對收縮的現象;

　　(2)內壓作用下偏心異徑管偏心側大端內表面及偏心側中部外表面的環向應力。

　　5上述理論成果經過了有限元數值分析和實驗驗。實驗還表明,內壓作用下環殼的曲半徑和管截面半徑均增大,而管壁厚化很小。

离心铸造缺陷分析：

离心铸造合金钢管常出现的缺陷有：充型不完整，表面气孔，钢管表层夹砂，裂纹，试压渗漏，夹渣与渣痕，表面局部。

1、裂纹。钢管裂纹有纵裂和横裂。纵裂纹主要是由于合金在凝固时转速过高，往往伴随离心机振动较大时出现，生产中纵裂纹出现不多。

实际中横裂纹较多见，裂纹多靠管子一端，裂纹有时穿透管壁，严重者管子一出型就断开了。

2、试压渗漏。钢管在试压时，在表面出现大面积渗漏，呈现一片片泅水现象，造成报废。

3、充型不完整。在离心铸造钢管中充型不完整常有两种情况：一种是外型缺浇，管子未达到足够的长度；另一种是管子壁厚不均，在管子浇注的彼端壁较薄。此缺陷常发生于壁厚在8mm以下的薄壁钢管中，特别是长径比大的管子（L/D>15，L管长；D管径）。

4、表面气孔。在钢管表面局部存在气孔，直径为0.2mm~2 mm，深0.5mm~2mm，气孔分布的密度约为2~12个/ cm3 。呈现出很均匀的一片片的气孔。

5、钢管表层夹砂。在钢管表面局部出现粗糙麻面并稍有凸起，粗糙麻面有清晰的周边轮廓。严重时成为环带状夹砂。当去掉粗糙的钢表层后可见存在其中的薄涂料层即夹砂。夹砂部位经过1mm~2mm的加工即可去除。但它严重影响铸皮质量，如是非加工的钢管就很可能报废。这种缺陷多出现于挂涂料的钢管。

6、夹渣与渣痕。

夹渣，有时管子表面并未见有夹渣，经试压发现局部小面积渗漏，经剖破检验发现在漏水处管壁中存在夹渣，某厂生产镁罐筒曾出现过此现象。

7、表面局部毛刺。在靠近钢管的一端有时会出现毛刺。毛刺的直径为0.5mm~1 mm，高为2mm~3mm，每平方厘米内1根左右。这种现象常发生在涂料层较厚的情况下。

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