局部应力计算方法的对比研究(秦叔经).pdf

《局部应力计算方法的对比研究(秦叔经).pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、局部应力计算方法的对比研究秦叔经全国化工设备设计技术中心站2009.11上海一、前言ò当前工程中应用的局部应力计算方法:-WRC107方法-WRC297方法(仅适用与筒体与接管连接结构)-有限元分析方法òWRC107方法的力学模型和适用范围：-筒体上的实心圆柱体、矩形附件和方形附件受外加机械载荷-球壳上的接管、实心圆柱体和方形附件受外加机械载荷-筒体与圆柱体连接结构的适用直径比d/D≤0.5-球壳与接管连接结构的适用直径比d/D≤0.375注：HG20582中的限制条件：d/D≤0.5òWRC297方

2、法的力学模型和适用范围：-筒体上接管受到外加机械载荷-接管与筒体的直径比d/D≤0.5ò欧盟于2002年颁布的压力容器标准EN13445中给出了另一种局部应力计算方法，其适用范围：球壳与接管连接结构:0.001≤δe/R≤0.1筒体与接管连接结构:1)0.001≤δe/D≤0.1d2)λC=≤10DeC1ò目前工程设计中采用WRC107和WRC297方法遇到的问题：-结构几何参数超出图表曲线的范围时,无法再使用该两方法计算局部应力-筒体与接管连接结构,采用WRC107和WRC297方法将得到不同的结果

3、-当将WRC107和WRC297方法的结果与应力分类的强度条件配合使用时，是否能确保安全ò本文的研究内容：-EN13445方法、WRC107方法、WRC297方法的安全性比较-是否可忽略沿接管轴线方向的扭矩和横向力-压力和外加机械载荷叠加时的局部应力计算-EN13445方法替代WRC107方法、WRC297方法和有限元方法的可能性二、计算结果比较基准ò与WRC107、WRC297和有限元方法相配合的强度条件：σ≤1.5[σ]Lσ+σ≤1.5[σ]Lbσ+σ+σ≤3.0[σ]LbIIòEN13445方法

4、的强度条件：a）一次加载的强度条件：

5、ΦF

6、≤1.0

7、ΦB

8、≤1.0

9、ΦF

10、+

11、ΦB

12、≤1.0（不考虑压力和温差载荷）b）一次加二次应力的强度条件：球壳上接管：σ+σ≤3[]σFZMB筒体上接管:σ2+(σ2+σ2)≤3[]σFZMXMY2ò安全性比较基准和条件:-应力值比较的基准：有限元方法的计算结果-三种方法比较时将不计横向力和扭矩的影响-轴向力和弯矩将分别单独作用以比较薄膜应力和表面应力-对于WRC107、WRC297和有限元方法，暂不使用强度条件：σ+σ≤1.5[σ]Lb-对于EN13445的

13、方法，在一次加载情况下的强度条件，通过载荷比ΦF、ΦB，与WRC107、WRC297和有限元方法得到的应力比σ/[σ]进行比较三、接管与筒体连接结构ò计算模型的结构尺寸范围：0.138≤d/D≤0.50.2≤t/δ≤2.0结构序号Ddδt1500247.5252.525001952553500250151545002501010510101491010610101391020ò壳体上的膜应力¢WRC107方法：薄壁管结构或接管壁厚与筒体壁厚相当时，膜应力计算结果偏小；仅当接管壁厚大于筒体壁厚时，计算结

14、果才偏安全¢WRC297方法：不能得到确定的结论，但得到的膜应力或接近，或大于有限元方法的结果¢EN13445方法：将有限元方法得到的膜应力除以1.5倍许用应力后与EN13445方法得到的载荷比相比，EN13445方法的结果其安全裕量总是大于有限元方法的结果3ò壳体上的表面应力¢WRC107方法：薄壁管结构，该方法的计算结果偏小；当接管壁厚与筒体壁厚相当或接管壁厚大于筒体壁厚时：-在弯矩作用下，计算结果偏安全-在轴向力作用下，计算结果也偏小¢WRC297方法：该方法的计算结果在绝大多数情况下大于有限元

15、方法的结果¢EN13445方法：该方法的结果总是大于有限元方法的结果；在弯矩作用工况下，该方法与有限元方法的结果之比有可能大于2.0ò管子上的膜应力¢WRC107方法：该方法没有给出管子上的应力¢WRC297方法：该方法的计算结果在绝大多数情况下小于有限元方法的结果¢EN13445方法：该方法的结果实际上是接管在弯矩作用下一般部位上的轴向弯曲应力（在圆周上的任意点处，应力沿壁厚方向是均布的）：4M2+M2xyFZσ=+N2πdebπdeb该结果没有考虑结构不连续产生的边缘应力。ò管子上的表面应力¢WR

16、C107方法：该方法没有给出管子上的应力¢WRC297方法：除非接管壁厚比壳体壁厚大很多，该方法的计算结果在绝大多数情况下总是大于有限元方法的结果¢EN13445方法：该方法没有给出（严格意义上的）管子上的表面应力4ò结果分析¢对于薄壁管结构，起控制作用的是接管上的表面应力。因此，WRC107方法和EN13445方法的结果是不可靠的，即这两种方法均不适用于薄壁管结构¢接管壁厚与筒体壁厚相当时，起控制作用的是筒体上的表面应力。WRC107方法算得的表面应力