压力容器受压元件分析讲义—桑如苞CP.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 内外压容器受压元件分析 由Waters法所计算的法兰应力比由有限元分析所得的应力要小1／3，其挠度则小一半。 就此说明Waters法在简化中略去了（2）的作用，对平焊法兰的设计会造成很大的影响。因此按此设计的法兰可能因变形较大，引起密封的泄漏问题，为此，ASME标准中对该法提出了补充进行刚度计算的要求。 2）ASME标准的法兰刚度计算方法 美国ASME标准为了解决Waters法可能造成的较大变形引起泄漏问题，对该法补充提出了刚度计算要求。 此刚度法对整体法兰来说，实质上是控制锥颈大端的偏转角≤2/3°，比英国BS1500的限制法兰密封面偏转角3/4°稍小。 内外压容器受压元件分析 3）Waters法与ASME刚度法的比较 Waters法是通过对法兰的三项应力（σH、σR、σT）以一定的许用应力加以限制，以强度控制形式进行设计。 ASME刚度法是对法兰锥颈大端偏转角以（2/3）°加以限制，以刚度控制形式进行计算。两者的控制对象虽不同，但同一法兰按两种方法分别计算，何法起控制作用？ 内外压容器受压元件分析 刚度法由于只控制锥颈大端的转角小于等于(2/3) ° ，对锥颈表面的轴向应力σH是不加控制的。而锥颈表面的轴向应力σH是与锥颈表面离锥颈中性面的距离成正比的。 为此对较厚的锥颈，在按刚度法控制锥颈端部(2/3) °转角时，由于锥颈表面离中性面较远，为此锥颈表面产生较大的σH，以至可能超过1.5[σ]，导致M刚大于M强。即按刚度法设计的法兰，并不能满足强度法的设计要求。相反此时按强度法设计的法兰则可自动满足刚度法的要求（偏转角≤ (2/3) ° ）。 内外压容器受压元件分析 相反，对较薄的锥颈，在按刚度法控制锥颈端面（2/3）°转角时，由于锥颈表面离中心面较近，为此锥颈表面产生较小的σH，以至于1.5[σ]，导致M刚小于M强。即按刚度法设计的法兰能同时满足强度法的要求。相反，此时按强度法的设计则并不能满足刚度的要求。 即两种方法何种起控制作用取决于法兰锥颈的厚度。 刚度法校核 如不满足，增加法兰环厚度或增大锥颈尺寸，直至满足。 六、圆柱壳边界效应 内外压容器受压元件分析 圆柱壳在均布边界力（剪力Q、弯矩M）作用下，端部发生变形，呈喇叭状。会产生三种局部应力: 1、环向薄膜应力，应力大小与其径向位移成正比，端部最大，沿着圆筒长度衰减，衰减长度工程上取 。 开孔补强中接管补强范围、锥壳小端加强段长度、外压容器设加强圈时，圆筒的加强范围、卧式容器加强板宽度等都用到此范围的概念。 内外压容器受压元件分析 2、轴向弯曲应力，应力大小与其经向弯曲成正比，沿着圆筒长度衰减，衰减长度工程取 。 锥壳大端加强段长度、球冠形封头圆筒加强段长度等都用到此范围的概念。 3、环向弯曲应力，应力大小与其轴向弯曲成比例。沿着圆筒长度衰减，衰减长度同轴向弯曲应力。环向弯曲应力等于同处轴向弯曲应力的μ倍（μ—泊松比，对钢材取0.3）。 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 2. 等面积补强法。 补强计算对象是薄膜应力，未计及开孔边缘的二次应力（弯曲应力等）。 大开孔时，由于孔边出现较大的弯曲应力，故不适用大开孔。 内外压容器受压元件分析 图中a,b,c三孔，由于“计算直径”相同，从等面积补强来讲，开孔补强面积是一样的，但孔边的应力集中相差很大。 在A点，a孔 K=4.5 b孔 K=2.5 c孔 K=1.5 所以圆筒上的长孔，应使长轴垂直筒体轴线。 内外压容器受压元件分析 为此GB150中，对等面积补强法： ※ 限制长圆孔长短径之比a/b≤2，是为了控制孔边的应力集中； ※ 限制开孔率（d/D）≤0.5，是为了控制孔边出现过大的弯曲应力。 内外压容器受压元件分析 1) 开孔所需补强面积A A=dδ+2δetδ(1-fr) d——开孔计算直径，d=di+2c δ——开孔计算厚度，开孔部位按公式计算的厚度。 dδ——壳体开孔丧失的承受强度的面积。 2δetδ(1-fr)——由于接管材料强度低于筒体时所需另行补偿的面积。 内