基于力学分析,利用有限元模拟和充液压制成形实验研究了V形截面管圆角成形所需内压。在不同内压下对成形管材壁厚的变化进行了充液压制实验研究。并通过理论计算选择合适的实验参数,成形出符合要求的扭力梁结构件。结果表明圆角半径越小,成形所需内压越大;V形截面管内圆角半径随着内压的增加而减小,外圆角半径随着内压的增加而增大;V形截面管壁厚增厚主要发生在上侧圆角区,减薄主要发生下圆角区,并且最大减薄发生在下圆角中心区。

首次将GM（几何中线）屈服准则应用于内压薄壁圆筒和球壳的塑性极限分析,获得了解析解.薄壁筒和球壳极限载荷均为壁厚、内径及材料屈服极限的函数.屈服极限越高、壁厚越大,内径越小,极限载荷越大.与Mises准则、双剪应力准则（TSS）和Tresca准则相比,GM准则解居于TSS和Tresca解之间且靠近Mises解,恰好对应误差三角形中线.按GM准则计算的极限载荷随厚径比的增加而线性增加.

通过有限元软件和稳定性试验研究了碟形金属波纹管的内压稳定性，有限元分析得到的波纹管临界失稳内压值与试验值接近，失稳模态与试验结果一致，说明建立的有限元模型能够较好地分析碟形波纹管的稳定性，并利用有限元分析了波纹管几何参数对其稳定性的影响。根据EJMA标准中U形波纹管临界失稳内压的计算方法，得到了碟形波纹管平面失稳和柱失稳临界失稳内压的计算公式，公式计算结果得到了有限元的验证，具有一定的工程应用价值。

弯管在管线中通常是承受应力较大的元件,极限载荷相应较低.为充分发挥结构的塑性极限承载能力,对弯管的塑性极限载荷进行理论分析,利用von Mises屈服准则,推导出内压和扭矩联合载荷作用下等厚弯管、非均匀壁厚椭圆弯管的塑性极限压力.实验验证了理论分析的正确性.

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.

管道在使用中受介质腐蚀或冲蚀作用以及机械损伤会发生局部减薄 ,降低使用的安全性。对带有此类缺陷的直管已有评定规范和解析解 ,但对局部减薄弯头 ,国内外尚无评定规范且少有研究。本文在对局部减薄直管的极限载荷和无缺陷弯头的应力状态进行研究分析的基础上 ,提出了内压作用下局部减薄弯头极限载荷的计算式 ,并给出评定局部减薄弯头安全性的方法。用公式计算所得结果与有限元分析结果很一致。

采用非线性有限元法,分析了由初始几何缺陷引起的薄壁压力容器在内压作用下封头过渡区的局部弹塑性屈曲.首先计算了考虑材料弹塑性的薄壁压力容器在内压作用下的静力分析.计算分析发现,容器的筒体与球壳的局部过渡段区域在内压作用下向内瘪进.其表现形式同外压作用类似,因此在该过渡区域内会出现内压失稳.然后分别考虑了2种初始几何缺陷:①在该局部过渡区域内引入初始位移缺陷;②在该局部过渡区域内引入非均匀的容器厚度缺陷.采用由位移控制的修正Riks/Ramm方法计算载荷-变形情况,从而分析屈曲载荷和屈曲形态.发生屈曲后继续加载.在压力容器过渡区内,屈曲区域将逐渐增加,即出现多处皱褶.分析结果同试验相吻合.

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.

本文利用十二边形屈服条件,对内压,开端(σ_x=0)和用理想塑性材料制造的厚壁圆筒进行弹塑性分析,并分别针对单用MN 屈服线;增用MH 屈服线情况进行推导并得出了两套实用公式,它们比应用Mises 屈服条件的解更加方便.最后借用著名的Lode实验等,证明了它们更加符合实际情况.

通过分析热塑性冷热水管道国家标准,研究热塑性冷热水管材的长期静液压强度水平,对比了在20℃/50年、70℃/50年和典型的多温度使用条件下各类型管道的使用特点。结果表明:聚1-丁烯管道的常、高温长期使用性能最优,嵌段共聚聚丙烯管道的常、高温长期使用性能较差,结晶改善型无规共聚聚丙烯管道和耐热聚乙烯Ⅱ型管道的常、高温长期使用综合性能较好。