23、修复方法对聚乙烯燃气管道应力的影响

修复方法对聚乙烯燃气管道应力的影响

1. 引言

聚乙烯（PE）燃气管道因其优异的耐腐蚀性和良好的柔韧性，被广泛应用于地下燃气输送系统。然而，在实际应用中，这些管道可能会受到各种内外部因素的影响，导致应力集中，尤其是在管道的接头处和修复区域。为了确保管道的安全性和延长其使用寿命，选择合适的修复方法显得尤为重要。本文将详细介绍几种常见修复方法对聚乙烯燃气管道应力分布的影响，并通过有限元分析（FEA）工具进行模拟研究，以找到最优的修复方案。

2. 研究背景

埋地聚乙烯燃气管道在运行过程中，常常会遇到热力机械载荷的作用，特别是那些通过电熔套接头连接并用PE补片修复的管道段。由于这些管道通常埋设在地下，环境条件复杂多变，管道内部的压力波动和外部的土壤压力都会对其产生显著影响。此外，管道的制造缺陷或长期使用中的老化也会导致应力集中，增加管道破裂的风险。

3. 模拟方法

为了准确评估不同修复方法的效果，本文采用有限元法（FEA）对管道及其修复部位进行建模与分析。具体来说，使用ANSYS软件中的SOLID95单元来捕捉管壁内的应力分布情况。SOLID95单元具有三个自由度（x、y、z方向的平移），非常适合用于解决曲面边界问题。通过合理的网格划分和映射（结构化）有限元网格，可以在保证计算精度的同时减少计算时间和成本。

3.1 模型建立

首先，根据实际管道的尺寸和修复补片的几何形状，构建三维有限元模型。模型中考虑了管道的内外壁、修复补片及其周围的土壤环境。为了模拟真实工况，施加了适当的边界条件和载荷。具体步骤如下：

1. 定义管道和补片的几何参数，包括厚度、内径和材料属性；