金屬軟管文獻(xiàn)——外壓的三種失穩(wěn)形式

常見的失穩(wěn)形式有平面失穩(wěn)和柱狀失穩(wěn)兩種,外壓也可能出現(xiàn)類似外壓圓筒的彈性失穩(wěn)和塑性失效. 金屬軟管作為道熱補(bǔ)償元件，在石化、冶金、供熱、電力等領(lǐng)域被廣泛地應(yīng)用，經(jīng)過不斷探索研究，常規(guī)的金屬軟管設(shè)計(jì)計(jì)算已趨于成熟。但隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，新的應(yīng)用領(lǐng)域的開發(fā)，對(duì)于金屬軟管應(yīng)用要求不斷提高，相應(yīng)的帶來了許多新的問題。近年來，外壓在供熱道中大量應(yīng)用，關(guān)于承受外壓的的設(shè)計(jì)方法，GB12777、EJMA和ASME B31.3等國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中均與承受內(nèi)壓的相似。但隨著供熱技術(shù)進(jìn)步和節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，金屬軟管產(chǎn)品口徑逐漸增大，對(duì)其補(bǔ)償性能指標(biāo)也不斷提高，外壓產(chǎn)品的失效時(shí)有發(fā)生，并且出現(xiàn)了與內(nèi)壓有所區(qū)別的失效形式，需要對(duì)外壓進(jìn)一步研究。常見的失穩(wěn)形式有平面失穩(wěn)和柱狀失穩(wěn)兩種，外壓也可能出現(xiàn)類似外壓圓筒的彈性失穩(wěn)和塑性失效。外壓工作時(shí)受拉伸，不會(huì)發(fā)生柱狀失穩(wěn)，因此失效形式可能是平面失穩(wěn)或者外壓失穩(wěn)。

1）平面失穩(wěn)平面失穩(wěn)指一個(gè)或多個(gè)平面發(fā)生移動(dòng)或偏轉(zhuǎn)，變形的特點(diǎn)是一個(gè)或多個(gè)出現(xiàn)傾斜或翹曲，表現(xiàn)為是波距變得不均勻。造成平面失穩(wěn)的原因主要是由于沿子午向作用的彎曲應(yīng)力過大，并在金屬軟管和波谷形成了塑性鉸。

2）外壓失穩(wěn)外壓穩(wěn)定性是將其視為一個(gè)與其長度相同的圓筒按照壓力容器規(guī)范進(jìn)行校核。外壓容器失穩(wěn)的定義時(shí)在外壓作用下筒體突然失去原有形狀而被壓癟或出現(xiàn)博文的現(xiàn)象，稱為外壓容器的失穩(wěn)。失穩(wěn)形式有側(cè)向失穩(wěn)、軸向失穩(wěn)和局部失穩(wěn)三種。側(cè)向失穩(wěn)：主要承受側(cè)向外壓，變形為橫截面由圓形變成；局部失穩(wěn)：局部外壓，變形為局部徑線由直線變成曲線；軸向失穩(wěn)：承受軸向外壓，變形為徑線由直線變?yōu)榍€。外壓軸向?yàn)槔燧d荷，不需要校核軸向穩(wěn)定性。根據(jù)EJMA第九版4.15所述，承受外壓的的周向穩(wěn)定性是將與相連接的接作為一個(gè)整體來校核。

3）拉伸位移的影響通過穩(wěn)定性試驗(yàn)和非線性有限元計(jì)算研究了在外壓和位移同時(shí)作用下的穩(wěn)定性，指出拉伸位移對(duì)的穩(wěn)定性具有不利的影響。中平面失穩(wěn)計(jì)算公式中增加了拉伸位移對(duì)壓力的影響。對(duì)于外壓周向穩(wěn)定性校核，是將視為軸向不發(fā)生變化的剛性外壓圓筒，僅校核其徑向承受外壓的能力，并未考慮實(shí)際工況中是發(fā)生軸向拉伸位移的彈性元件，目前相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中沒有給出理論計(jì)算方法。外壓相當(dāng)于一個(gè)受壓力的拱梁，工作時(shí)拉伸，金屬軟管的直徑不變，同時(shí)，金屬軟管為了協(xié)調(diào)變形，發(fā)生位移，在外壓產(chǎn)生的周向壓應(yīng)力和徑向收縮變形共同作用下，金屬軟管處形成了塑性鉸，有向下塌陷的趨勢(shì)。因此，當(dāng)外壓和拉伸位移同時(shí)作用時(shí)，側(cè)壁和圓弧連接處首先出現(xiàn)屈服，并隨著載荷增加，屈服的面積逐漸擴(kuò)大，在金屬軟管處應(yīng)力集中共同的作用下，側(cè)壁屈服一面出現(xiàn)了褶皺和金屬軟管塌陷的局部失穩(wěn)現(xiàn)象。

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