压力管道局部应力分析[精]

DU
AU
BU
AL
CU BL
DL CL
WRC107
作用在壳壁上附属元件的外加基本载荷有： 压力P、拉力T、剪切力V、沿壳体轴向的弯
矩ML、沿壳体圆周方向作用的弯矩MC、作用 在附属元件上的扭矩MT。
WRC107
外载荷会首先在连接点造成一次局部膜应力； 弯矩可简化为大小相等、方向相反的力偶，而这个力偶则
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。
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
百度文库
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
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。
会生成局部弯曲应力； 介质压力对壳体产生一次总体膜应力
WRC107
仅由介质压力p所引起的薄膜应力为一次总体薄膜应力Pm； 由外加载荷所引起的薄膜应力的叠加为一次局部膜应力PL； 由外载荷所引起的弯曲应力为二次应力Q； 如果连接处存在过渡圆弧，可能引起附加应力（K-1）PRm/2t
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。
管道系统常见局部失效
压力容器接管处引发的局部失效
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）
S S U S 1 S 0 . 7 iA M 5 / Z P o / 4 t d S h
B31.3
S 1 F A / A m X i i M i 2 i o M o 2 1 / 2 / Z P o / 4 t S h d
AECsoft
2019/10/25
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：
应力增大系数
规范对应力增大系数的考虑： B31.1
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
管和管件疲劳曲线表达式：
S直管 /管N 件 nC
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。
AECsoft
2019/10/25
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：
应力增大系数
弯头的应力增大系数
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。
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。
概述
Part Ⅰ局部应力的应用 Part Ⅱ局部应力计算方法
一、局部应力的应用
管道专业的应用
设备专业的应用