循环内压载荷下厚壁圆筒的棘轮极限.pdf

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1、循环内压载荷下厚壁圆筒的棘轮极限彭红字，郑小涛，喻九阳，徐建民，王成刚(武汉工程大学化工装备强化与本质安全湖北省重点实验室，湖北武汉430205)摘要：在循环内压载荷下，采用非循环法等方法推导了不同壁厚下厚壁圆筒的棘轮极限解析解，提出了相应的设计方法，并采用有限元方法进行了验证。理论解与有限元分析结果吻合良好。结果表明，此方法可用于循环内压载荷及类似工况下厚壁圆筒的棘轮极限设计，具有一定的工程价值。关键词：棘轮极限；解析解；厚壁圆筒；有限元法中图分类号：TH49；TB3；0241．82文献标志码：A文章编号：1001—4837(2015)08—00

2、21—05doi：10．3969／j．issn．1001—4837．2015．08．004RatchetLimitofThickCylinderunderCyclicInternalPressurePENGHong—yu，ZHENGXiao—tao，YUJiu—yang，XUJian—min，WANGCheng—gang(HubeiProvincialKeyLaboratoryofChemicalEquipmentIntensificationandIntrinsicSafety，WuhanIn-stituteoftechnology，Wuhan4

3、30205，China)Abstract：Ratchetlimitanalyticalsolutionofthickcylinderundercyclicinternalpressurefordifferentwallthicknesseswerederived．Thecorrespondingdesignmethodwasproposedandtheclosed—formsolu-tionswerevalidatedbysimplifiedfiniteelementmethod(FEM)．Moreover，theproposedanalytica

4、lsolu—tionsareinwellagreementwiththoseFEMresults．Theresultsrevealedthattheproposeddesignmethodhadgoodengineeringsignificanceforevaluatingtheratchetlimitofthick-walledcylindersundercyclicin-ternalpressureandsimilarconditions．Keywords：ratchetlimit；analyticalsolution；thickwallcyl

5、inder；finiteelementmethod失效的设计方法显得日益迫切。截至目前，厚壁0引言圆筒棘轮极限均为数值解J，尚缺乏精确的理论解。Reinhardt等拓展了经典的安定下限在石油化工、电力、冶金等行业，厚壁圆筒是理论，提出了一种计算结构棘轮极限的非循环方过程设备的主要承压元件，通常承受由不同介质法。min{P，2p}法叫是在比例加载这一基础产生的内压载荷。这种条件下，棘轮失效是结构上对弹性安定极限计算的简化。文中基于非循环的主要失效模式之一。近年来，基于失效模式的法和min{P，2p}法以及最常用的分析设计法，分析设计方法逐渐被认可并推

6、广使用，限制棘轮推导了循环内压载荷下厚壁圆筒的棘轮极限，并基金项目：国家自然科学基金资助项目(51305310)；湖北省教育厅科学研究计划项目(Q2o1315o6)；武汉工程大学研究生创新教育基金(CX2014037)循环内压载荷下厚壁圆筒的棘轮极限提出了相应的设计方法，为复杂条件下厚壁圆筒相应的yonMises等效应力为：棘轮评估奠定理论依据。叼：(4砷)，1理论基础假设承压厚壁圆筒为理想弹塑性材料，在承载过程中服从小应变和vonMises屈服条件。在本文分析过程中，将组合载荷分为稳态载荷和循环载荷。(1)横截面的剩余等效承载能力可表示为：((t

7、))=R一(△。(f))(1)式中R——屈服强度，MPa谊△()——外纤维在厚度方向的循环应糕力振幅张量eq——下标，表示yonMises等效应力时间(2)在剩余强度条件下对稳态载荷的极限承载能力可表示为：(b)JJl2((￡))州d=JJi2(())d／2(2)图1厚壁圆筒的载荷工况式中()——在厚度方向的稳态应力张量剩余等效应力为=R一>0，则有：力——结构的横截面，其稳态应力水平即为相应循环载荷下的棘轮边界y<㈤2循环内压载荷下厚壁圆筒棘轮极限理论分析式中眦匕值’无量纲参将式(4)代人式(1)和式(2)可得：2．1非循环法假设厚壁圆筒承受循环

8、载荷和稳定载荷的组2一。㈤合载荷，且将稳定载荷和循环内压P分开考虑则这种情况下的棘轮边界为：(这里考虑稳定载荷为零的特殊情