管道受力分析(无背景)

精品文档 1欢迎下载 管道受力分析 精品文档 2欢迎下载 管道受力分析 目录 一 管道发展历史 1 发展 2 著名管道系统 二 提出问题 三 管道受力研究 1 管道 2 弯头 3 三通 四 小组分工 五 总结 六 参考文献 精品文档 3欢迎下载 管道受力分析 关键字 管道管道 受力受力 一 管道发展历史 管道是用管子 管子联接件和阀门等联接成的用于输送气体 液体或带固体颗 粒的流体的装置 管道的用途很广泛 主要用在给水 排水 供热 供煤气 长距离输送石油和 天然气 农业灌溉 水力工程和各种工业装置中 管道作为物料输送的一种特殊设 备在现代化工业生产和人民生活中起着很重要的作用 它就像人体中的血管一样 没有它 人的生命就不复存在 1 油气集输和储运 技术随着油气的开发应运而生 早在我国汉代 蜀中人 民就采用当地盛产的竹子为原料 去节打通 外用麻布缠绕涂以桐油 连接成 笕 就是我们现在铺设的输气管线 最早的一条原油输送管道 是美国于 1865 年 10 月 在宾夕法尼亚州修建的一条管径 50 毫米长 9756 米从油田输送原油到火车站的管道 从此开始了管道输油工业 但油气管道运输是从 1928 年电弧焊技术问世 以及无缝 钢管的应用而得到发展和初具规模的 管道输送技术的第一次飞跃是在第二次世界 大战期间 第二次世界大战以后 管道运输有了较大的发展 2 目前世界上比较著名的大型输油管道系统有 1 前苏联的 友谊 输 油管道 它是世界上距离最长 管径最大的原油管道 其北 南线长度分别为 4412 千米和 5500 千米 管径为 426 1220 毫米 年输原油量超过 1 亿吨 管道工作压力 4 9 6 28 兆帕 2 美国阿拉斯加原油管道 其全长 1287 千米 管径 1220 毫米 工作压力 8 23 兆帕 设计输油能力 1 亿吨 年 3 沙特阿拉伯的东 西原油管道 其管径 1220 毫米 全长 1202 千米 工作压力 5 88 兆帕 输油能力 1 37 亿立方米 年 4 美国科洛尼尔成品油管道系统 该管道系统干线管径为 750 1020 毫米 总长 4613 千米 干线与支线总长 8413 千米 有 10 个供油点和 281 个出油点 主要 输送汽油 柴油 燃料油等 100 多个品级和牌号的油品 全系统的输油能力为 1 4 亿吨 年 精品文档 4欢迎下载 二 提出问题 在油气运输中 管道所受的力是怎样的 三 管道受力研究 1 管道 管道 力学建模 用材料力学知识分析问题 解 根据受力平衡 29 求解 AD 管上剪力分布 AB 段 1 BC 段 2 2 CD 段 3 4 画出剪力图 求解 AD 管上弯矩分布 q l l 2l 精品文档 5欢迎下载 AB 段 1 1 2 2 BC 段 2 1 2 2 2 2 2 CD 段 3 1 2 2 4 8 2 画出弯矩图 求解 AD 杆挠度方程 AB 段 1 1 6 3 1 1 1 24 4 1 1 0 BC 段 2 1 6 3 2 2 2 2 2 1 24 4 3 3 2 2 2 2 3 CD 段 3 1 69 3 2 2 8 2 3 3 1 24 4 2 3 3 4 2 2 3 3 综上 有六个未知数 考虑六个边界条件 1 1 2 2 3 3 B 点左右挠度为 0 1 2 0 C 点左右挠度为 0 2 3 3 3 0 B 点左右转角大小相等 方向相反 1 2 C 点左右转角大小相等 方向相反 2 3 3 3 即有六个方程 六个未知数 解方程组得 精品文档 6欢迎下载 1 0 1 1 24 4 2 4 3 3 2 5 8 4 3 32 3 3 3 85 8 4 AD 上挠曲线方程为 1 1 24 4 1 24 4 0 2 1 24 4 3 3 2 2 4 3 3 5 8 4 3 3 1 24 4 2 3 3 4 2 2 32 3 3 85 8 4 3 4 挠曲线如图所示 经观察可知 B C 两点左右截面为危险面 且危险程度相同 选取 B 点左截面分析 简图如下 在 B 截面上选取一单元体 根据材料力学知识 1 1 2 2 32 3 1 4 其中 精品文档 7欢迎下载 其中用理论方法计算比较困难 工程实践中常采用近似方法 这种计算方法假设剪应力 左剪切面是均匀分布的 即 A 为剪切面面积 1 2 4 2 2 考虑到管内液体压强 设向各个方向均相等 单元体上 2 2 4 最后考虑轴向力 F 作用 3 4 2 2 4 1 2 3 精品文档 8欢迎下载 1 2 2 2 2 2 2 2 2 根据第三强度理论 3 0 根据第四强度理论 4 2 2 现取世界著名石油管道 阿拉斯加管道举例 通过查阅文献资料 我们获知了阿拉斯 加管道的一系列技术指标 阿拉斯加管道大部分为 X70 钢 弹性模量为 206GPa 许用应力 为 483MPa 钢材比重为 7 82g cm3 钢材外径为 1220mm 壁厚达 14 3mm 跨距以 30 40m 为主 取 30m 分析 内输原油比重为 0 89g cm3 对管壁压强为 8 45MPa 经计算可知 阿拉斯加管道直管部分 最大切应力 13 874 m 15 208 11KN 最大弯矩 1 2 2 1 56 103 最大挠度为 1 24 4 1 24 13 874 103 154 206 109 64 4 4 1 44 其中 q 由管道自重及管内原油两部分产生 精品文档 9欢迎下载 对阿拉斯加管道进行强度校核 代入以上计算式可知 1 96 888 1 921 352 004 2 176 002 其中 由液体流动产生的摩擦力等 F 作用产生的应力远小于 忽略不计 3 1 2 即 1 2 272 890 1 352 051 2 272 843 3 0 根据第三强度理论 3 1 3 352 051 根据第四强度理论 4 12 22 1 2 319 888 故阿拉斯加管道跨距设计符合 X70 钢材强度要求 附 法兰连接 法兰 flange 连接就是把两个管道 管件或器材 先各自固定在一个法兰盘上 两个法兰盘之 间 加上法兰垫 用螺栓紧固在一起 完成了连接 有的管件和器材已经自带法兰盘 也是属于法兰 连接 法兰连接是 管道施工的重要连接方式 法兰连接使用方便 能够承受较大的压力 在工业管道中 法兰连接的使用十分广泛 在家庭内 管道直径小 而且是低压 看不见法兰连接 如果在一个锅炉房或者生产现场 到 处都是法兰连接的管道和器材 2 弯头 在管路系统中 弯头是改变管路方向的管件 弯头 力学建模 A B 精品文档 10欢迎下载 此时 F 作用 研究杆内力 0 cos 0 0 sin 0 0 cos 0 q的作用力下内力 0 sin cos 0 cos sin 0 2sin 2cos 精品文档 11欢迎下载 利用叠加法分析得出 A 点与 B 点处弯矩相同 但此时 A 点的剪力大 所以危险面是 A 处 4 32 1 4 0 环向应力 轴向应力分别是 2 4 取出单元体 4 4 32 1 4 2 4 1 2 2 2 2 2 2 4 4 32 1 4 2 4 1 2 2 精品文档 12欢迎下载 1 4 4 32 1 4 2 4 1 2 2 2 3 0 第三强度理论 0 第四强度理论 1 2 1 2 2 2 3 2 3 1 2 1 2 4 4 32 1 4 4 4 1 2 2 2 2 4 2 32 1 4 2 4 1 2 2 同样取阿拉斯加管道举例 数据同上 R 1600mm 因为液体粘度产生的向右的力很小 F G 可忽略不计 弯管受重力影响 油 4 2 2 2 钢 4 2 2 2 2 8 834 102 均匀分布载荷 552 1Kg m cos sin cos 应力 32 4 1 4 0 0 精品文档 13欢迎下载 2 176 2 352 依据第三强度理论 0 176 依据第四强度理论 1 2 176 0 2 0 352 2 352 176 2 304 8 3 三通 四通 三通 四通 为管件 管道连接件 用在主管道要分支管处 三通 力学建模 2 把杆分成 AB BC CD DE 段 AB 段 1 2 2 BC 段 1 2 2 CD 段 1 2 2 2 1 2 2 1 2 2 DE 段 2 图 1 图 2 a 精品文档 14欢迎下载 1 2 2 2 2 1 2 2 1 2 2 画出剪力图 弯矩图 应力状态和强度分析的方法与管道分析相类似 同样取阿拉斯加管道举例 数据同上 油 钢 1 油 2 钢 1 2 其中 S 为横截面大圆面积 S1为横截面的小圆面积 代入数据计算得 横管的分布力 q 13867 528514N m 支管的集中力 F 416025 8554N 研究水平放置的三通管道中管道 OC 对 AB 产生应力 精品文档 15欢迎下载 1 2 2 4 2 将管道 OC 对管道 AB 的力简化为下图 2 2 3 取 O 点左侧研究 弯矩图 应力 4 4 64 最大正应力发生在最大弯矩截面上下边缘处 8 3 1 3 精品文档 16欢迎下载 4 4 64 2 3 1 3 32 扭矩图 切应力 2 2 4 1 4 32 16 2 4 1 4 4 1 4 32 最大切应力 2 2 3 16 1 4 8 2 3 1 4 四 小组分工 组长 杨晓 历史及发展部分 韩艳鹏 直管道部分 刘文龙 弯管部分 李贤龙 三通 四通 部分 杨晓 韩艳鹏 画图 版面设计 制作 王学富 周波 借阅及查找参考文献 杨晓 李贤龙 刘文龙 韩艳鹏 王学富 周波 五 总结 以上就是我们组从各种形状的管道中选取三中典型代表后进行的研究 管道 可以说是我们日常生活中最常见的力学模型 我们不像其他组一样 研 精品文档 17欢迎下载 究的是一些非常有名的 给大家极大震撼力的事物 我们组之所以选择管道来研究 就是我们大家都觉得它 麻雀虽小 五脏俱全 我们觉得我们有必要从身边的一些 小小的事物来学习材料力学 甚至学习生活 当然 我们也不得不承认 这小小的 管道就困扰了我们好长一段时间 其实 到目前为止 我们也只能说是了解了管道 诸多材料力学性质的一小部分而已 我们忽略了许多东西 也缺少了许多东西 因 为我们就自己的知识水平所限 无法进行更加深入的研究 虽然有些遗憾 但也增 加了我们的动力 这次对管道的研究让我们清楚的认识到知识的重要性 另为此次对管道的研究也提高了我们的合作能力与思维对接能力 更加增加了 我们一个寝室一个组的凝聚力 对材力大作业的态度 从无所谓道迷茫 再到积极的应对 可以说我们被一次 作业