多層結(jié)構(gòu)直埋熱水供熱管道應(yīng)力原位實(shí)驗(yàn)及熱-力耦合有限元分析.pdf

1、直埋熱水供熱管道由于受到周圍土壤的位移約束作用，導(dǎo)致管道工作升溫時(shí)其內(nèi)層鋼管的熱膨脹力得不到完全釋放，從而在鋼管中會(huì)產(chǎn)生很大的應(yīng)力。鋼管應(yīng)力過(guò)大會(huì)影響管道壽命和相關(guān)市政設(shè)施的安全。本論文針對(duì)直埋熱水供熱管道與土壤相互作用的復(fù)雜性，圍繞多層結(jié)構(gòu)直埋熱水供熱管道的應(yīng)力特性展開(kāi)研究。首先，利用直埋熱水供熱管道應(yīng)力分析原理對(duì)大口徑直埋熱水供熱管道進(jìn)行了原位實(shí)驗(yàn)，并對(duì)聚氨酯保溫材料的力學(xué)性能參數(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)定；其次，利用大型通用有限元軟件ANSY

2、S建立了多層結(jié)構(gòu)直埋熱水供熱管道及單層結(jié)構(gòu)直埋熱水供熱管道的熱-力耦合有限元模型；最后，應(yīng)用該模型對(duì)直管段及管件的應(yīng)力特性進(jìn)行了全面計(jì)算分析，得到了一些有價(jià)值的成果。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴通過(guò)在管道表面粘貼金屬應(yīng)變片的方法，采用無(wú)線遠(yuǎn)傳技術(shù)對(duì)首次運(yùn)行的直埋熱水供熱管道進(jìn)行了一個(gè)采暖季的應(yīng)力測(cè)試，得到了管道截面應(yīng)力變化和管土摩擦系數(shù)變化規(guī)律。⑵鑒于現(xiàn)行分析方法未考慮聚氨酯對(duì)多層結(jié)構(gòu)直埋熱水供熱管道的影響，因此提出了單軸壓縮實(shí)驗(yàn)

3、以測(cè)試聚氨酯力學(xué)性能，得到了聚氨酯的力學(xué)性能特性和參數(shù)。⑶利用大型通用有限元軟件ANSYS，建立了管土熱-力耦合有限元模型，分析了直管及管件的應(yīng)力變化規(guī)律。⑷基于管土熱-力耦合有限元模型給出了直埋熱水供熱管道的應(yīng)力驗(yàn)算具體方法，通過(guò)管土作用分析對(duì)管件的接管長(zhǎng)度進(jìn)行了簡(jiǎn)化。研究表明：彎頭內(nèi)壓一次應(yīng)力與直管不同，應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)算；彎頭二次應(yīng)力、三通一次應(yīng)力和二次應(yīng)力均應(yīng)采用管土熱-力耦合有限元模型進(jìn)行驗(yàn)算；長(zhǎng)彎臂對(duì)彎頭的作用可以用位移荷載替代，長(zhǎng)