內(nèi)壓錐殼在軸向力、橫向力、彎矩和扭矩作用下的強(qiáng)度校核
(只是探討一下思路,沒有仔細(xì)地推導(dǎo),有錯誤還請指正)
工程背景:某立式容器上封頭為大小端均帶折邊的錐殼,小端直接與管道相連。管道應(yīng)力專業(yè)反饋,錐殼承受x,y,z三個方向的力、彎矩,其中,y為筒體軸向。顯然,該問題不屬于典型的管口局部應(yīng)力問題,不能采用WRC297公報計算。
(此處應(yīng)該有圖,但本工的Solidworks技能早已不見了,斜眼笑)
因為該結(jié)構(gòu)為軸對稱,所以x,z方向的橫力、彎矩都應(yīng)合成后計算,這樣問題就轉(zhuǎn)化為:
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在所關(guān)心的截面,強(qiáng)度校核步驟為:
(1)、求出內(nèi)壓作用下的環(huán)向應(yīng)力;
(2)、求出內(nèi)壓作用下的軸向應(yīng)力,軸向力F產(chǎn)生的拉伸或壓縮應(yīng)力,彎矩M所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力。需要注意的是,此處的彎矩M應(yīng)考慮橫力F’在該截面的彎矩。
(3)、求出扭矩Mt、橫力F’所產(chǎn)生的切應(yīng)力。
(4)、依據(jù)上述三項求出主應(yīng)力,并按第四強(qiáng)度理論確定當(dāng)量應(yīng)力進(jìn)行限制。
這是ASME VIII-2卷4.3.10一節(jié)中所推薦的方法。只不過ASMEVIII-2沒有考慮橫向力作下用產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力、切應(yīng)力。
國內(nèi)的NB/T47041-2014《塔式容器》在“7.10 圓錐形塔殼軸向應(yīng)力校核”中也給出了錐殼在軸向力、彎矩作用下的軸向拉應(yīng)力及穩(wěn)定性校核,但沒有考慮扭矩和橫向力,不涉及切應(yīng)力。這種校核方法對于作為塔器變徑段的錐殼來說應(yīng)該是足夠的,但對于本文中的錐殼,恐怕還不夠全面。
和ASME VIII-2還有一點(diǎn)不同,NB/T47041的環(huán)向和軸向應(yīng)力是分開校核的,分別按第一強(qiáng)度理論進(jìn)行校核。
對于ASME VIII-2中沒有提及的橫向力作用下的應(yīng)力問題。在材料力學(xué)上,這是一個薄壁圓筒的橫力彎曲問題,對于錐殼,可由圓筒計及系數(shù)1/cosa(a為錐殼半頂角)換算得到。
工程上,橫力F’通常都較小,它在所關(guān)心的截面上產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力及切應(yīng)力一般都可以不考慮。我斗膽揣測,這也是ASME VIII-2沒有考慮F’的原因。
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