圆柱壳开孔接管区应力分类方法-研究

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3、工、航窄航天、建筑等等。这种结构通常可分为两种情况：容器丌孔接管与大型管道三通(T型、Y型)。由_

4、_=‘连接处的几何不连续性，结构在不同的载荷作用r(内压、外压、瞬问载荷及温度等)会产生局部应力并伴随着很高的应力集中。根据理论和试验分析，容器丌孔接管后的应力分布与强度产生如r变化：(1)丌孔破坏了原有的应力分伟并引起应力集中；(2)接管处容器壳体与接管形成结构不连续应力；(3)壳体与接管连接的拐角处囚不等截㈨过渡(即小圆角)而引起应力集中。这三种因素均使丌孔或丌孔接管部位的应力比壳体中的薄膜应力大，统称为丌孔或接管部位的应力集中“⋯。另外，在连接处焊接和探伤的难度大大增加，

5、导致该区域成为整个结构的危险点和破坏源⋯。因此需要设计者对结构进行失效分析(包括大变形、弹性、塑性、弹塑性不稳定、疲劳失效等等)。圆柱壳丌孔接管问题是一个在工程上重要而在力学、数学上幽难的问题，由于其在压力容器设计中的普遍性与重要性，从上世纪五十年代起它便成了压力容器技术界共同关注的问题之一，欧美各国为此投入了大量人力物力从事理论分析与试验研究工作“。一般说来该问题采用的分析方法柏‘薄壳理论解，数值计算方法和试验研究三种。薄壳理论是进行压力容器应力分析的有效方法，但由J二理论方法不能包括实际工程中影响应力分析的所有因素，故对r理论方法还要根据实际工程情况进行修止与简化。另外，

6、只通过试验方法难以给出结构的设计方法，因此，在实际工程应用中，数值计算方法往往比解析法应用得更为普遍，而有限元法是其中最为典型的代表⋯。近代力学和计算机技术的高度发展，出现了讷：多功能强大的有限元分析软什，有限元法已经成为压力容器设计的重要工具。但是，目前各国有关压力容器设计规范中仍没自‘明确地针对三维柏‘限元分析结果的具体评定方法。本文将通过对受内压圆柱壳丌孔接管结构的有限元线性和非线性计算分析，研究更为合理的应力等效线性化方法和评定条什，为当前有限元结果应力分类方法的改进提供参考依据。1圆柱壳开孔接管区应力分类方法研究§卜2圆柱壳开孔接管结构国内外研究概况及进展卜2—1薄

7、壳理论解1946年，苏联学者A．HJ1yp3e首次给出了圆柱壳丌小孔的觯⋯。至今，在五十多年中，曾有许多学者从事这方1

8、：I】的工作并发表了大量的文章。五十年代起，PEBijlaard教授在美国原子能委员会(APC)及压力容器委员会(PVRC)的支持r，丌始对圆柱壳丌圆孔压力容器受径向载荷与力矩进行应力分析，在对丌孔率d／D=01～0125范围内的丌孔进行了实验研究后，给出了具有凼孔的圆柱壳体在孔边缘受到各种载荷H,J的应力数槲⋯，但适用的丌孔率d／D较小，限制了其在工程实际中的应用。1959年他又补充提出在局部载荷r的凼柱壳的应力数据，并将这一结果推广到计算丌孔率d／D<一

9、O6时的应力。目前各国压力容器和管道设计中采用的WRCl07方法”1就是在Bijlaard的研究基础上给出的。八十年代，在美国原子能委员会、压力容器研究委员会和美国海军舰船局的支持F，Eringen，AK．Naghdi和RVanDyke”1⋯1从事凼柱壳丌孔接管在内压作用r的解析解的研究，解的范围适用』二d／D<～1／4，d／√西7≤1．1。与此同时，荷兰的JGLekkerkerkerrllq就圆柱壳丌孔问题给出了很好的解法。以上各种解均具有以r特点：(1)圆柱壳的求解方程采用Donnell扁壳方程。通