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研究生:陳垠廷
研究生(外文):Yin-ting Chen
論文名稱:以有限元素法分析受內壓鋼管特性之研究
論文名稱(外文):Research in Using Finite Element Method to Analyze Characteristics of Inner Pressured Steel Pipe
指導教授:張銘坤張銘坤引用關係
指導教授(外文):Ming-Kuen Chang
學位類別:碩士
校院名稱:國立雲林科技大學
系所名稱:環境與安全工程系碩士班
學門:工程學門
學類:環境工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2003
畢業學年度:91
語文別:中文
論文頁數:74
中文關鍵詞:局部金屬腐蝕有限元素法
外文關鍵詞:API 579Finite element methodLocal metal loss
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任何機械元件經常年使用後,都會產生磨耗,損傷甚至毀損。管線之使用,不論周遭之環境條件或管內流體性質與其所引起之應力等,皆可能因腐蝕或疲勞等問題,導致管線本身或其他配件之失效或破壞。
管線在使用一段時間後,與其他結構物一樣會出現自然劣化現象,這些劣化現象通常是四周環境所造成。對鋼管而言,腐蝕是主要劣化形式,腐蝕會造成管線之均勻腐蝕或是局部金屬腐蝕 ( Local metal loss ),導致管線之運輸能力和安全性降低。
腐蝕缺口又可以分為腐蝕缺口群和單一腐蝕缺口,腐蝕缺口群在缺口與缺口之間,會有應力的交互作用產生,即使缺口在不是很深的情況,也會造成管線破裂。本論文針對管線腐蝕缺口與缺口間之距離變化,與面積變化來探討彼此間之關係。本研究並參考美國石油學會於2000年頒佈之API 579,對於使用中石油化工設備是否合乎使用評定標準與相關文獻作比較,並以有限元素軟體分析模擬受壓鋼管之周向、縱向腐蝕強度,進而整理出管線局部腐蝕之特性。
After any mechanical component has been used year after year, it will all result in wearing out, damaged or even broken. The use of pipeline, whether it has undergo stress caused by the condition of the surrounding environment, or the fluid inside of piping, it can cease to be effective or damaged in the pipe itself or any other fixture, for the reason of corrosion or wearing out.

Pipeline after used for a period of time, would result in a natural deterioration just like any other structure. These deteriorating phenomenons normally are caused by surrounding environment. Especially for steel pipe, corrosion is the primary form of deterioration. Corrosion can cause even erosion in the pipeline, or local metal loss, consequently, resulting in reducing pipeline’s transportation ability and safety.

Eroding gap can be divided into group of eroding gaps and single eroding gap. Group of eroding gaps between the gaps, can cause mutual affect of stress. Even if the gap is not very deep, it will cause cracking in pipeline. This thesis will discuss the relationship between the distance changes between gaps of the corroding pipe, with change in area measurement. And to make reference to API 579 issued by the U. S. petroleum association, and to compare whether the facilities of the Chinese petroleum and chemical industry is conforming to the appraisal of usage standard, with the related literary work, then to use finite element software to analyze the simulation of circumference in the pressured steel piping and the vertical eroding degree, to further sort out the characteristics of the partial eroding pipeline.
中文摘要 i
英文摘要 ii
誌 謝 iv
目 錄 v
表目錄 viii
圖目錄 ix
符號說明 xi
第一章 緒 論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 2
1.3 文獻回顧 3
1.3.1 電腦輔助工程設計的發展 3
1.3.2 管線腐蝕的研究發展 4
1.3.3 其他相關研究 4
1.4 研究流程與方法 5
1.5 論文架構 6
第二章 原理說明 7
2.1 結構力學簡介 7
2.2 結構的負載 7
2.3 位移、應變、及應力 8
2.3.1 位移 8
2.3.2 應力 9
2.3.3 應變 12
2.4 控制方程式 13
2.4.1 力平衡方程式 14
2.4.2 應變與位移的關係式 16
2.4.3 應力與應變的關係 16
2.4.4 應控制方程式的形式 17
第三章 分析步驟 18
3.1 有限元素法簡介 18
3.1.1 有限元素法 18
3.1.2 有限元素法之應用 18
3.2 有限元素分析軟體簡介 19
3.2.1 軟體分析領域、型態與邊界條件 19
3.2.2 元素形狀函數 21
3.3 有限元素軟體模組架構 23
3.4 有限元素法之分析步驟 25
3.4.1 前處理 26
3.4.2 分析計算 26
3.4.3 後處理步驟 27
3.4.4 有限元素分析程序 29
3.5 美國結構完整性評定API 579 30
3.5.1 管線局部腐蝕金屬損失評估 30
3.5.2 腐蝕缺口降伏應力評估 36
第四章 結果與討論 41
4.1 材料參數表 41
4.2 最大縱向薄殼應力 45
4.2.1 使用API 579評估結果 45
4.2.2 使用ANSYS評估結果 47
4.3 縱向單孔與雙孔之最大降伏應力 49
4.4 單孔與雙孔周向、縱向之最大降伏應力 53
4.4.1 單孔最大降伏應力結果 53
4.4.2 雙孔周向最大降伏應力結果 57
4.4.3 雙孔縱向最大降伏應力結果 60
第五章 結論與建議 64
5.1 結論 64
5.1.1 最大縱向薄殼應力 64
5.1.2 單孔及雙孔周向、縱向最大降伏應力 64
5.2 建議 66
5.2.1 結論建議 66
5.2.2 未來展望 67
參考文獻 68
附錄一 ANSYS結構單元類型 71
附錄二 SOLID92輸入與輸出摘要 73
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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