内压作用下圆柱壳开孔接管设计方法.ppt

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1、内压作用下圆柱壳开孔接管分析设计方法2005年8月1内压作用下圆柱壳开孔接管分析设计方法一概述1.1现有的常规设计方法1.2我国JB4732分析设计方法的适用范围1.3各国对于圆柱壳开孔接管问题的研究1.4理论解的困难二我国JB4732分析设计方法的理论基础2.1基本参数与坐标2.2交贯线的几何描述2.3采用修正的Morley方程代替扁壳方程2.4采用精确的连续条件2.5解复杂的偏微分方程的边值问题三理论解可靠性的验证四我国规范JB4732中圆柱壳开孔接管的分析设计方法4.1适用范围4.2设计准则4.3计算步骤4.4设计方法五JB47

2、32与PD5500比较2概述1现有的常规设计方法2我国JB4732分析设计方法的适用范围适用范围GB150Di1500mm,dDi/2，且d520mmDi>1500mm,dDi/3，且d<520mm等面积补强法ASMEVIII-1d/Di0.7压力面积法按梁的方法校核弯曲应力PD5500d/Di0.3球壳开孔接管的薄壳理论解JB4732d/Di0.8，d/(DiT)1/28圆柱壳开孔接管的薄壳理论解3美：20世纪50年代起至今PVRC有一个委员会组织研究工作。成果表现为WRCBulletin107,297,(支管受推力，弯

3、矩),133,368(内压),…理论解（Eringen,Steele)，实验（ORNL），有限元解（Widera）英：理论解(以早期的球壳解代替圆柱壳,内压工况)，实验，有限元解（Moffat）。其成果表现为英国管道标准BS806(内压，支管、主壳各受3种力矩)。这是一个在工程上重要而在力学、数学上困难的问题概述3各国对于圆柱壳开孔接管问题的研究4概述4理论解的困难1，采用什么样的圆柱壳方程？2，如何在数学上描述主壳与支管的交贯线？3，如何正确提出主壳与支管的连接条件？4，如何求解复杂的偏微分方程的边值问题？5我国JB4732分析设计方法

4、的理论基础1基本参数与坐标基本参数：R主壳中面半径r支管中面半径T主壳厚度t支管厚度构成3个无量纲参数0=r/R开孔率=0(2R/T)1/2壳厚参数t/T管壳厚度比6我国JB4732分析设计方法的理论基础1基本参数与坐标三套坐标系：x,y,z总体坐标系,,z总体坐标系，主壳极坐标系，支管主坐标系7我国JB4732分析设计方法的理论基础2交贯线的几何描述前人：主壳展开面上为圆支管端面平齐8我国JB4732分析设计方法的理论基础3采用修正的Morley方程代替扁壳方程扁壳方程：适用范围：d/(DiT)1/2～1，精度：O(T

5、/R)1/2修正的Morley方程：适用范围：d/(DiT)1/212,精度：O(T/R)9我国JB4732分析设计方法的理论基础4采用精确的连续条件10我国JB4732分析设计方法的理论基础5解复杂的偏微分方程的边值问题主壳解支管解位移函数110=0.7，D/T=200，t/T=0.9三理论解可靠性的验证有限元计算模型无焊缝12r/RD/Tt/T理论解（=)K有限元主壳内壁支管内壁主壳支管交贯线0.810080.810.5413.098.299.827.910.713080.810.8313.448.6310.478.030

6、.7806.260.79.0712.466.759.157.230.618080.811.1513.959.2111.168.170.64540.66.7210.004.416.695.840.52007.070.910.0811.248.428.827.070.5100525.023.403.462.363.170.422560.89.2411.617.819.216.800.32805.020.88.3210.487.148.276.13理论解不考虑焊缝与圆角有限元解有焊缝w1/T=0.5w2/t=0.5K=SIV/00=pR/T

7、13四我国规范JB4732中圆柱壳开孔接管的分析设计方法1适用范围JB4732:曲线范围保证应力控制点在主壳0d/D0.8超过0.8时沿＝90的边缘效应要互相耦合=d/(DT)1/28max(0.5,d/D)t/T2w1/T0.5,w2/t0.5超过此范围有过大的峰值应力D/T10，d/t5小于此范围非薄壳14设计准则：SII2.2Sm,SIV2.6Sm一般的设计准则SII1.5Sm应用于圆柱壳开孔补强设计是非常保守的：对于前人的一大批塑性极限压力实验(0.135d/D0.826,28D/T230)，

8、利用其塑性极限压力ps，以p=ps/ns作为载荷施加于试件上，应用本规范方法计算其SII,除个别试件外，绝大部分试件的SII>2.2Sm四我国规范JB4732中圆柱壳开孔接管的分析设计方法2设