目前对于管道三通在内压和弯矩联合作用下的塑性极限载荷累积规律有三种不同的观点,即线性方程累积、抛物线方程累积和圆方程累积模式.文中采用非线性有限元方法分析内压与弯矩联合作用下(包括面内弯矩和面外弯矩两种形式)管道三通的塑性极限载荷,结果表明其累积形式基本上介于抛物线方程和圆方程之间,并且与结构几何参量有关.最后在数值分析的基础上提出复杂情况下考虑几何因素的三通塑性极限载荷工程估算式,并用试验结果进行验证.

基于极限分析的观点,推导了工业中焊制管道三通在面内弯矩工况下的极限载荷估算式.实验数据验证和与基于ASME规范及Billington经验公式的比较表明:极限载荷估算式对管道三通的塑性极限弯矩估算有较高的精度,在工程应用中具有参考价值.

通过与现有的周向表面裂纹管道J积分解对比 ,证明了本文开发的有限元程序计算所得J积分解是准确的。在此基础上 ,本文通过有限元计算提供了周向外表面裂纹管道在拉伸、弯曲以及拉弯联合载荷作用下的J积分解 ,作为对EPRI延性断裂手册的补充 ,为含缺陷压力管道断裂评定提供了大量J积分解。

采用三维弹塑性有限元分析方法,探索了石油化工行业周向表面裂纹管的塑性垮塌失效特征,结果表明:周向表面裂纹管在发生净截面塑性垮塌前将发生裂纹前沿韧带的局部塑性垮塌。对于裂纹深度较浅的周向表面裂纹管,其塑性垮塌失效形式呈现为裂纹净截面塑性垮塌失效,净截面垮塌(NSC)准则能较好地预测其韧带局部塑性垮塌失效载荷;对于短且深的周向表面裂纹管,裂纹前沿韧带的局部塑性垮塌失效相当明显,此时净截面垮塌准则(NSC)预测其韧带局部塑性垮塌失效载荷则表现为非保守,须建立相应的韧带局部塑性垮塌失效模型来描述。

分析在内压或扭矩载荷作用下非均匀壁厚椭圆弯管的应力分布,结果表明内压引起的最大应力随着弯管的截面不均匀度而变化,由此解释了工程实际中弯管失效的原因,同时也为求解弯管的塑性极限载荷奠定了基础.

针对传统离心分离理论中的极限分离粒径计算公式在超细颗粒分离实验中偏差较大的问题,结合分形和聚团动力学的理论,建立超细颗粒离心分离模型,推导了计算极限分离粒径的表达式。阐述了极限分离粒径与分形维数、分离因子、颗粒级数等的关系,表明超细颗粒可分离的机理是颗粒团聚。