压力管道局部应力分析[宣贯]

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2020/8/7
应力增大系数
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2020/8/7
弯头的应力增大系数
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三通的应力增大系数
应力增大系数的大小 与管件的直径、壁厚 、是否补强、弯曲半 径等因素有关。
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管道系统中SIF的局限性
上述针对管道的应力增大系数的研究均是以梁单元 为模型进行实验得到的。换言之 ,上述SIF的计算公 式及软件的计算过程均针对D/t≤100 ,当D/t＞100时 , 管道进入薄壁系列 ,其局部失稳特性开始表现出来 , 此时再按照管道标准进行计算将引起误差。因此 ,应 用于大直径薄壁管、管道-设备连接点的局部应力分 析准则应运而生。
CAESAR II 局部应力分析
概述
局部应力分析贯穿于整个管道应力分析及压力容器 的设计分析工作当中。理解局部应力在管道及设备 当中的成因和影响 ,对分析设计工作至关重要。
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概述
Part Ⅰ局部应力的应用 Part Ⅱ局部应力计算方法
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WRC107
适用范围： 对球壳或柱壳形式的容器壁上实心附属元件的局部应 力 附属元件可以为圆筒形、方形、矩形
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WRC107
计算原理
规范选择附属元件、接管与壳体连接处为分析对象 ,并在连接部位定义八个 点 ,Au~Du为外表面点 ,Al~Dl为内表面点（所有点为壳体上的点），对该 8个点进行应力分类 – 应力合成 – 应力评定
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WRC107、297概述
WRC107及297——美国焊接研究委员会第107号公报及其增 补297公报 ,给出了外载作用下壳体局部应力的计算原则及其 计算公式。CAESARII 内置的WRC107/297分析模块能够完 全按照公报的要求 ,自动进行局部应力的计算 ,并能出具校核 报告。需要注意的是 ,WRC107未考虑介质内压的影响 ,在计 算局部应力时 ,对于实心附件 ,一般额外叠加壳体的整体膜应 力PD/2t 。对于空心附件 ,还需要叠加由结构不连续引发的附 加应力（K-1）PRm/2t。
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应力增大系数
规范对应力增大系数的考虑： B31.1
S SU S S1 0.7 5iM A / Z P d o / 4t S h
B31.3
S1 F A X / Am ii M i 2 io M o 2 1/ 2 / Z P d o / 4t S h
和管件疲劳曲线表达式：
S直管 / 管件N n C
式中 S 直管 / 管件直管/管件中的循环应力幅 ,等于破坏点的弯矩幅值除以直管的抗弯的抗弯截面模
量； N ------ 达到破坏时的循环次数； C、n -------- 材料常数。
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2、数值分析法
应用计算机程序进行详细的局部应力分析确定应力增大系数 ,有限元法是最为有 效的一种方法。一般步骤如下：
一、局部应力的应用
➢ 管道专业的应用
➢ 设备专业的应用
管道专业的应用
压力管道应力分析采用的是梁单元有限元法来分析。但是大口径薄壁 管道的应力分析比较特殊 ,其管道单元属性已经超过梁单元定义范围 ,其 既具备梁单元属性也具备壳单元属性 ,此类管道的柔性设计往往只能保 证管道自身强度 ,对于一些管口、特殊弯头、法兰、变径段、三通、管 道支架……等局部失效无法进行更为精确的强度评定。此外这些管件在 管道应力分析中所使用的SIF也规范中的常规计算方法已不适用。因此 我们需要采取其它手段（规范）来进行局部应力校核。（WRC107/297 、有限元）
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2020/8/7
应力增大系数的确定方法
确定应力增大系数可采用疲劳试验和数值分析两种方法。其中疲劳试验方法是确定应力增大系 数的直接方法 ,也是基本方法。数值分析方法一般建立在现有疲劳试验基础之上。
1、疲劳试验法 按照一系列不同应力幅对直管和管件进行一系列疲劳试验 ,并根据试验结果 ,通过拟合得到直管
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设备专业的应用
压力容器在压力、温度、外部集中力、风载、地震……等载 荷作用下可能导致管口、支撑件与壳体局部连接处失效 ,这些 问题常规分析方法往往已不适用 ,应采用 WRC107/297/PD5500或有限元法来进行局部应力分析以确 保局部连接处在设备运行时安全可靠。
I.
采用有限元法对特殊管件进行分析 ,得到应力集中系数；
II. 应力增大系数等于应力集中系数的一半。
应力增大系数应用的注意事项！
根据GB 50316、ASME B31.1和ASME B31.3的规定 ,计算二次应力时应采 用应力增大系数。这是由于采用应力增大系数的目的 ,是考虑局部应力集 中的影响 ,而局部应力集中主要对管件的疲劳破坏产生作用。因为局部的 高应力循环 ,将使材料产生裂纹并不断扩展 ,最终导致破坏。校核二次应力 的目的正是为了防止疲劳破坏 ,因此在计算二次应力时必须考虑应力集中 的影响 ,应该采用应力增大系数。另外 ,根据ASME B31.3的标准释义 ,计 算一次应力可不考虑应力增大系数。这主要是因为校核一次应力是为了控 制管道的整体破坏 ,局部的应力集中对管道的整体破坏影响不大。另外一 次应力采用弹性分析方法 ,认为某一点达到屈服管道失效 ,已经非常保守 , 如果在考虑应力集中的影响将导致过分保守。
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2020/8/7
管道系统常见局部失效
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管道系统常见局部失效
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管道系统常见局部失效
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压力容器接管处引发的局部失效
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2020/8/7
应力增大系数
应力增大系数——Stress Intensification Factor ,用 于表示弯头、三通等几何变形不光滑（或几何不连 续）处的应力增大现象 ,其值等于直管应力与相同条 件下弯头、三通等管件的应力之比 ,其值通常大于1 ：