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不锈钢衬里复合管道应力变形数值模拟

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-01-30  浏览次数:68 选择视力保护色:

[摘要]  中华不锈钢网公司获悉:实验采用正硅酸乙酯、钛酸正丁酯、醋酸锌和醋酸钙为原料,无水乙醇做溶剂,并加入少量冰乙酸做催化剂

  中华不锈钢网公司获悉:实验采用正硅酸乙酯、钛酸正丁酯、醋酸锌和醋酸钙为原料,无水乙醇做溶剂,并加入少量冰乙酸做催化剂。所用原料均为分析纯,少量用于溶解醋酸锌和醋酸钙的水为去离子水。
  
  尔百分含量为X的溶胶。所有溶胶浓度均在0.4 ~0.5mol/L之间,因为处于这个浓度区间的溶胶浸涂液在对基片进行涂膜后,薄膜的附着性最好,厚度也最合适;同时,这个浓度的溶胶陈化后变成的凝胶更为致密2.R值即H2ASi2+Ti2+ZnO+CaO)(摩尔比)为3.水的多少会影响胶凝时间,通常水多,溶胶易凝胶化,确定R值,可以排除水量的干扰。溶胶pH值在3.采用浸渍提拉法在不锈钢基片上涂覆Si2―Ti2―ZnO―CaO薄膜,并在500°C下热处理1h. 2.2溶胶的凝胶化过程及涂层的化学稳定性测试(〗用NDJ―79型旋转式粘度计测量室温时溶胶的粘度;1型差热分析仪上对干凝胶进行差热和失重分析;⑶将干凝胶在500、700、800C下各热处理1h,用D/MaxrB日本理学X―射线衍射仪测试XRD谱;(4将涂膜后的不锈钢片浸入1mol/L的Ha中,在50°C下保温24、96和144h,用Leitz型多功能电子显微镜观察表面侵蚀情况;⑸将涂膜后的不锈钢片在1000C下保温1h,用电子显微镜观察表面氧化程度。
  
  中华不锈钢网公司获悉:它的成膜性能与膜层厚度都与溶胶浸涂液的粘度有很大关系。本研究中涂膜时溶胶的粘度在3.8~4.5mPa.s即在溶胶配好稳定后的5天内使用。
  
  一种新型的玻璃钢一薄壁不锈钢衬里复合管道。其设计思想是利用较厚的玻璃钢壳层承受工作载荷,非常薄的不锈钢衬里作为耐腐蚀材料。这种管道具有密度小、比强度大、成本低、制造连接方便以及对所输送的介质没有二次污染等优点11.本文的目的在于用数值模拟的方法,明确管道工作时应力和变形分布状态和管道的承载极限,验证管道的设计思想,也为这种新型管道的安全使用和进一步挖掘潜能奠定基础。
  
  2管道的规格和有限元分析就一种典型规格的复合管道进行了分析,其内径为200mm长度为6m,玻璃钢壳层的厚度为12,不锈钢衬层的厚度为0.8.管道的具体结构见管道工作载荷是内部高达6MPa的水压,其有限元计算模型如所示,水压载荷均匀作用于管道内壁上。
  
  由于在工作载荷作用下,管道有径向扩张、长度缩短的变形趋势,所以进行数值计算时设定约束边界条件为:位于垂直于x、y方向的半径截面上的节点在x、y方向位移为零,而在长度方向上管道自由收缩。管道横截面的径向、周向尺寸与其长度方向尺寸相差悬殊,这是一个平面应变问题。
  
  3结果和讨论所示是等效应力沿管道壁厚分布曲线。从~可以看出,应力和应变在玻璃钢壳层和不锈钢衬里的界面处是连续分布的,而不是事先认为的在界面处会出现应力集中的情况。
  
  是管壁中x方向的位移分布图。由图可以看出尽管在管壁不同部位x方向的位移有大小和符号的变化,但在任一处x方向位移沿径向分布是连续的,在玻璃钢壳层和不锈钢衬里的界面处没有出现位移间断现象;方向的位移情况亦然,不过方向要偏转90°。综合x、y方向的位移情况,说明管壁中径向位移是连续分布的。
  
  表明当玻璃钢壳层单独承受44MPa的内压力时(为复合管道额定工作载荷的7.33倍),玻璃钢壳层中的最大应力达到玻璃钢的断裂极限(412MPa)表示的是当不锈钢衬里单独承受1.2MPa的内压时(仅为复合管道设计工作载荷的20%)不锈钢衬里在整个横截面上几乎全面屈服(屈服应力221MPa)。而从可以看出,当玻璃钢外壳和不锈钢衬里组合成为复合管道后,当内压力达到2.2倍工作载荷(13.2MPa)时,管壁中不锈钢衬里才达到全面屈服状态。这也充分证明大部分载荷由玻璃钢外壳层承担。
  
  当复合管道承受工作载荷时,有一半左右的不锈钢衬里达到屈服极限,由于大部分的载荷由玻璃钢壳层承担,而这时玻璃钢壳层中的应力还远小于其断裂极限,所以管道是安全的。当载荷进一步增大至不锈钢衬里全面屈服时(),玻璃钢壳层中的应力仍然远小于其断裂极限,管道依然是安全的。如果内压继续增大,不锈钢衬里中的应力维持不变,而玻璃钢壳层中的应力持续上升直到其达到断裂极限后破裂,整个管道破坏。
  
  中华不锈钢网公司获悉:从和还可以得出,整个管道大约能承受7.4倍的工作载荷(44MPa)这与实验结果吻合良好,说明管道具有较强的承受过载的能力,管道的设计具有较高的安全系数。
  
  管道使用时,可以埋入土中,也可以在两端支撑。管道埋入土中,沿长度方向均匀受力,相对比较安全,当两端支撑时,就需要考察其在重力作用下的挠曲变形程度和应力分布是否会对管道造成破坏。0是6m长的管道当内部充满水,两端支撑时的挠度分布(支撑点距离端部1m)从图中可以看出,管道的最大挠曲产生在中部,最大向下挠曲量为0.3mm左右,这与实验结果也是一致的。
  
  0 6m长管两端支撑时的挠曲变形(变形放大500倍)1是管道挠曲度最大处管壁中的应力分布,从图可知其应力值大约为6MPa~10MPa.这么小的挠度和应力对管道不会有任何不良影响,可以安全使用。
  
  4结论应力、应变和径向位移在玻璃钢壳层和不锈钢衬里界面处是连续分布的,保证了载荷在界面处的连续传递。
  
  在工作载荷作用下管道是安全的;管道最大能承受大约7.4倍的工作载荷,具有较强的承受过载的能力。
  
  中华不锈钢网公司获悉:在内部充满水两端支撑的情况下,对于管长为6m,支撑点距离端部为1m的管道最大挠曲产生在中部,最大挠度为0.3mm左右,这与实验结果是一致的;在重力作用下,管道中的最大应力和最大挠度都很小,对管道使用没有任何影响。

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