自增强高压油管弹塑性分析与疲劳寿命预测

"这篇论文是2010年10月发表在《同济大学学报(自然科学版)》上的，作者是郑百林、付昆昆和石玉权，主要探讨了基于弹塑性理论的自增强技术如何提高高压油管的疲劳寿命。通过对三维高压油管进行弹塑性有限元分析，研究了残余应力并确定了最佳的自增强压力。使用MSC.Fatigue软件预测了自增强处理前后油管的疲劳寿命，结果显示自增强能显著提升油管的疲劳寿命，尤其是在减少内壁应力和改变最小疲劳寿命区方面。" 在石油、航空、航天等领域，高压油管是关键组件，其疲劳寿命直接影响系统的安全性和可靠性。自增强技术是一种预应力处理方法，通过在空心管体内施加高于工作压力的内部压力，使得管体发生塑性变形，进而产生残余压应力。这种残余压应力可以抵消工作过程中产生的拉应力，从而延长油管的疲劳寿命。 论文中，作者首先介绍了自增强技术的基础，即弹塑性理论。弹塑性理论考虑了材料在加载过程中的弹性阶段和塑性阶段，对于理解油管在承受压力时的行为至关重要。通过对三维高压油管进行有限元分析，作者能够精确计算出油管的残余应力分布。这种分析有助于理解自增强如何改变油管内部的应力状态，以及如何优化自增强压力以达到最佳效果。 在实验部分，作者对比了不同自增强压力下的油管在工作压力下的最大应力值，这有助于确定最佳的自增强压力。这个最佳压力是在保证油管结构完整性的同时，最大化残余压应力，从而最大限度地提高疲劳寿命。 接着，论文运用了应力-寿命法，这是一种常用的疲劳寿命预测方法，通过考虑材料的应力水平和循环特性来评估其疲劳寿命。利用MSC.Fatigue软件，作者对自增强处理前后的高压油管进行了疲劳寿命预测。结果表明，自增强处理显著改善了油管的疲劳寿命分布，自增强前最小疲劳寿命集中在内壁，而自增强后这一区域转移到了壁间。这种变化表明自增强技术有效地减轻了内壁的疲劳负荷，提高了油管的总体耐用性。 最后，论文指出，自增强技术能使油管的最小疲劳寿命提高5倍以上，这是一个显著的改进，对于实际工程应用具有重要的实用价值。这项研究不仅提供了理论依据，也为高压油管的设计和制造提供了新的优化途径，有助于提高设备的安全性和经济性。 关键词涵盖了自增强、高压油管、疲劳、弹塑性以及有限元分析，强调了这些主题在理解和改进油管疲劳寿命中的核心地位。该论文的贡献在于提供了一种有效的方法来预测和提高高压油管的疲劳性能，对于相关行业的工程实践具有重要的指导意义。