管子‑管板接头柔性静压胀接机理分析方法技术

本发明专利技术公开了一种管子‑管板接头柔性静压胀接机理分析方法，包括：构建管子‑管板接头柔性静压胀接力学分析模型和设定分析用基本假设；对构建的管子‑管板接头柔性静压胀接力学分析模型进行柔性静压胀接过程分析，并对胀接过程中的各个工况进行力学分析，选取工程实际所需要的弹性胀接工况进行分析，进而对管子管板的应力、应变、接触压力进行分析，从而建立胀接管子的胀接压力p与胀接后的管子与管板之间的残余接触压力

Tube tube sheet joint flexible static expansion mechanism analysis method

The invention discloses a tube tube sheet joint static analysis method, flexible expansion mechanism includes: the construction of tube tubesheet joint flexible static expansion mechanics analysis model and the analysis of setting basic assumptions; plate joint flexible static expansion mechanics analysis model analysis of flexible static pressure expansion process of pipe pipe and, for each condition in the process of expanding mechanical analysis, elastic expansion project selection of the actual needs of the ground conditions are analyzed, and the stress, strain, contact pressure analysis of tube tube plate, so as to establish the tube expansion pipe expansion pressure P and expansion and the residual contact pressure tube in between

【技术实现步骤摘要】
管子-管板接头柔性静压胀接机理分析方法
本专利技术涉及一种柔性静压胀接机理分析方法，具体地涉及一种管子-管板接头柔性静压胀接机理分析方法。
技术介绍
管子-管板接头的柔性静压胀接主要包括液压胀接、液袋胀接和橡胶胀接。柔性静压胀接采用柔性材料(水、油、橡胶等)为胀接媒介，胀接压力通过柔性胀接媒介作用于换热管被胀段的内壁，换热管经过弹性变形、弹塑性变形直至塑性变形后与管板孔内壁接触，并能传递胀接压力的作用。相对于传统胀接技术，柔性静压胀接具有多种突出优势。管子-管板接头进行柔性静压胀接的共同特点是：采用柔性静压胀接的管子-管板接头，管子内壁承受的胀接压力均匀，残余应力小，生产效率高，劳动强度低。管子-管板的柔性静压胀接是一个复杂的接触过程，具有与传统胀接迥异的行为特点。柔性静压胀接的最终目的是使管子-管板紧密贴合在一起，并形成一定的残余接触压力，从而保证管子-管板接头在工作状态下的拉(压)脱强度和密封性能。柔性静压胀接方法都要牵涉到超高压力的产主、测量与控制等问题。在柔性静压胀接过程中，换热管及管板孔的受力是相对均匀的，从而使得采用弹塑性理论方法对柔性静压胀接分析成为可能。对于采用柔性静压胀接的管子-管板接头，如何选取合理的控制参数，如何确定控制参数与胀后残余应力、连接强度、耐压能力的关系，如何确定工作温度与拉脱强度的关系，以及如何确定适用于柔性胀接的合理的胀接接头结构与几何参数，是一个值得深入研究的重要课题。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种管子-管板接头柔性静压胀接机理分析方法，为设计和制造柔性静压胀接的管子管板接头提供参考依据。本专利技术采用的技术方案为：本专利技术的实施例提供一种管子-管板接头柔性静压胀接机理分析方法，包括：构建管子-管板接头柔性静压胀接力学分析模型和设定分析用基本假设；对构建的管子-管板接头柔性静压胀接力学分析模型进行柔性静压胀接过程分析，并对胀接过程中的各个工况进行力学分析，选取工程实际所需要的弹性胀接工况进行分析，进而对管子管板的应力、应变、接触压力进行分析，从而建立胀接管子的胀接压力p与胀接后的管子与管板之间的残余接触压力之间的关系模型以及得出管子管板进行贴胀和强度胀接时所需的胀接压力p1和p2的计算模型；其中，胀接压力p与残余接触压力之间的关系模型为：管子管板接头进行贴胀时所需的胀接压力p1的计算模型为：管子管板接头进行强度胀接时所需的胀接压力p2的计算模型为：其中，k为管子的径比，K为管板的径比，Et和Es分别为管子和管板的弹性模量，μt和μs分别为管子和管板材料的泊松比，σst为管子的屈服强度，q为管子管板接头的拉脱强度，f为管子外壁与管板的管孔之间的摩擦系数。可选地，采用单孔模型来构建管子-管板接头柔性静压胀接力学分析模型，其中，所述单孔模型为具有初始间隙的两个同心圆筒，内层圆筒采用换热管的尺寸，外层圆筒是由多孔管板简化而来的一个厚壁圆筒，所述外层圆筒的内径取管板孔径，所述外层圆筒的外径为将多孔管板进行简化后得出的一个当量值，称为当量直径，所述外层圆筒的壁厚称为多孔管板的当量壁厚。可选地，所述基本假设为：管子和管板均为理想弹塑性材料，服从Tresca屈服准则；胀接过程中，管子的轴向力很小，取σz＝0；胀接过程中，管子和当量圆筒之间无摩擦；胀接过程中管子壁厚的减薄量很小，不考虑管子壁厚的变化；未胀之前，管子在管孔中居中布置，管壁与管孔之间间隙均匀；在管子的胀接段，胀接压力和残余接触压力均匀分布；管子和当量圆筒之间初始间隙为c；管板的管孔内壁不开槽。可选地，在构建的管子-管板接头柔性静压胀接力学分析模型中选取管子的一外壁点和当量圆筒的一内壁点为研究对象进行柔性静压胀接过程分析，并采用双坐标系来绘制外壁点与内壁点之间的径向位移和胀接压力的关系。可选地，在柔性静压胀接过程中，管子与管孔为塑性接触塑性卸载，即管子外壁与当量圆筒内壁接触时，管子已进入全屈服状态。可选地，根据卸载时当量圆筒所处应力状态，管子-管板在柔性静压胀接过程中经历弹性胀接、弹塑性胀接和塑性胀接3种情况。本专利技术根据柔性静压胀接的管子管板接头受力特点，建立柔性静压胀接力学分析模型，以当量圆筒代替多孔管板，既满足工程精度要求，又为管子管板接头的力学分析奠定基础。根据分析，得出工程上采用的柔性静压胀接过程中，管子管孔是塑性接触塑性卸载，即管子外壁与当量圆筒内壁接触时，管子已进入全屈服状态。此外，根据卸载时当量圆筒所处应力状态，提出柔性静压胀接过程的弹性胀接、弹塑性胀接和塑性胀接等3种情况。详细分析弹性胀接中管子管板的应力、应变、接触压力等，建立胀接压力与残余接触压力之间关系式，分别给出管子管板接头进行贴胀和强度胀接时所需的胀接压力计算式。所给计算公式推导严密，物理意义明确，可为设计和制造柔性静压胀接的管子管板接头提供参考。附图说明图1是本专利技术的管子-管板接头柔性静压胀接机理分析方法示意图。图2是本专利技术采用的单孔模型示意图。图3是本专利技术的管子-管板接头柔性静压胀接力学分析模型示意图。图4是本专利技术的管子-管板接头柔性静压胀接原理示意图。图5是本专利技术的管子-管板接头柔性静压胀接时的受力状态示意图。图6是本专利技术的管子-管板接头弹性胀接示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行描述。图1是本专利技术的管子-管板接头柔性静压胀接机理分析方法示意图。如图1所示，本专利技术提供的一种管子-管板接头柔性静压胀接机理分析方法，即对管子和管板相结合位置处的接头的柔性静压胀接机理分析进行分析，包括以下步骤：S100：构建分析模型和设定基本假设构建管子-管板接头柔性静压胀接力学分析模型和设定分析用基本假设；S200：胀接过程分析和力学分析，建立胀接压力与残余接触压力之间的关系模型以及给出贴胀和强度胀接时所需的胀接压力计算式对构建的管子-管板接头柔性静压胀接力学分析模型进行柔性静压胀接过程分析，并对胀接过程中的各个工况进行力学分析，选取工程实际所需要的弹性胀接工况进行分析，进而对管子管板的应力、应变、接触压力进行分析，从而建立胀接管子的胀接压力p与胀接后的管子与管板之间的残余接触压力之间的关系模型以及得出管子管板进行贴胀和强度胀接时所需的胀接压力p1和p2的计算模型；其中，胀接压力p与残余接触压力之间的关系模型为：管子管板接头进行贴胀时所需的胀接压力p1的计算模型为：管子管板接头进行强度胀接时所需的胀接压力p2的计算模型为：其中，a和A为为简化计算而设置的中间参数，k为管子的径比，K为管板的径比，Et和Es分别为管子和管板的弹性模量，μt和μs分别为管子和管板材料的泊松比，σst为管子的屈服强度，q为管子管板接头的拉脱强度，f为管子外壁与管板的管孔之间的摩擦系数。以下分别对管子-管板接头柔性静压胀接力学分析模型和基本假设、柔性静压胀接过程和柔性静压胀接力学分析进行详细介绍。1.分析模型与基本假设管子-管板接头进行柔性静压胀接时，胀接压力均匀作用在管子被胀部分内壁。根据是否考虑周围管孔的影响，可采用单孔模型、7孔模型、19孔模型、37孔模型等。其中，单孔模型形式简单，便于进行理论分析，最为常用，故本文采用单孔模型阐述柔性静压胀接机理，单孔模型可如图2所示，其中，图2中的Ri表示当量圆筒内半径，ri表示换热管内半径，Rs表示管板上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种管子‑管板接头柔性静压胀接机理分析方法，其特征在于，包括：构建管子‑管板接头柔性静压胀接力学分析模型和设定分析用基本假设；对构建的管子‑管板接头柔性静压胀接力学分析模型进行柔性静压胀接过程分析，并对胀接过程中的各个工况进行力学分析，选取工程实际所需要的弹性胀接工况进行分析，进而对管子管板的应力、应变、接触压力进行分析，从而建立胀接管子的胀接压力p与胀接后的管子与管板之间的残余接触压力

【技术特征摘要】
1.一种管子-管板接头柔性静压胀接机理分析方法，其特征在于，包括：构建管子-管板接头柔性静压胀接力学分析模型和设定分析用基本假设；对构建的管子-管板接头柔性静压胀接力学分析模型进行柔性静压胀接过程分析，并对胀接过程中的各个工况进行力学分析，选取工程实际所需要的弹性胀接工况进行分析，进而对管子管板的应力、应变、接触压力进行分析，从而建立胀接管子的胀接压力p与胀接后的管子与管板之间的残余接触压力之间的关系模型以及得出管子管板进行贴胀和强度胀接时所需的胀接压力p1和p2的计算模型；其中，胀接压力p与残余接触压力之间的关系模型为：管子管板接头进行贴胀时所需的胀接压力p1的计算模型为：管子管板接头进行强度胀接时所需的胀接压力p2的计算模型为：其中，k为管子的径比，K为管板的径比，Et和Es分别为管子和管板的弹性模量，μt和μs分别为管子和管板材料的泊松比，σst为管子的屈服强度，q为管子管板接头的拉脱强度，f为管子外壁与管板的管孔之间的摩擦系数。2.根据权利要求1所述的管子-管板接头柔性静压胀接机理分析方法，其特征在于，采用单孔模型来构建管子-管板接头柔性静压胀接力学分析模型，其中，所述单孔模型为具有初始间隙的两个同心圆筒，内层圆筒采用换热管的尺...

【专利技术属性】
技术研发人员：李翔，马歆，陆旸，李政林，葛志强，
申请(专利权)人：中国特种设备检测研究院，江苏省特种设备安全监督检验研究院，天津科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11