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时间:2020-04-05
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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
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