再谈压力容器标准的应用_丁伯民.pdf

第50卷第3期
化工设与直
Vol 50 N
fun.2013
2013年6月
PROCESS EQUIPMENT PIPING
器?
再谈压力容器标准的应用
了伯民
(华东理工人学,上海200237
摘要:从基本原理和安全系数、材料的线算困等出发,分析并计论了有关标准和规范对外压圆简周向和
轴向失稳、外压球売失稳计算结果之间的区别及其原因。
关键词:外压圆简:外压球売;安全系数;失稳计算
中图分类号:TQ053:TH121
文献标识码:A
文章编号:1009-3281(2013)03-0016-006
针对业内在应用标滩、规范中有关强度计算提业内参考
出的意见和疑问,笔者谈了一些看法,其巾提及
ASME V1对外压元件设计的总体思路
不同的规范都有各自的体系和适用范围,对同
件在同样设计条件时得到略为不同的结果是正常的
ASMEⅧ-1对圆筒仅考虑在横向外长、横向和轴
由于标准、规范都各自引人了自成体系的工程因素,向同时受相同外压时所引起的周向失稳(规范并未区分
对同一元件按不同标准、规范所得的结果进行讨论二者失稳压力的略有区别,都按相同的周向失稳计算)
时,首先要注意其基本原理及配套的T程因素之间的以及仅轴向外压(或压载尙)吋的轴向失稳;对球
ズ别,不能笼统地讨论其保守或冒进。
売则为在均匀外压下的失稳。并未考虑圆筒仕横向
近日见文[2]对外下球壳设计中采用不同的中外和轴向受不同压力作用、或另作用有轴向弯矩、横
标准所得的结果进行分析,使笔者又联想起在讨论这向推力等,以及这些载荷的组合用等情况。ASME
问题时除了应考虑上述因素外,可能还应联系起Ⅷ-2则全面地考虑了这些。
不同祘准、规范在基本原理、安全系数之间的区别,
1外压圆筒的周向稳定性设计
甚至包括在同样原理的情况下可能存在疏忽而引起
对圆筒的周向失稳,ASMEⅧ-1由小挠度理论
的差別。
排导得失稳斥力为:
文[2]用讨算结果表示,对同样尺寸的外压球
g Et
壳,可得GB150-2011的许用外压为0.,20MPa,
LD√D/t
ASME-1-2010仅为0.12MPa,并对其他标准如
工.程上称为用于短圆筒的 Mises公式或
JB4732-1995(2005确认)、 ASME VI-2-2010、ENB.M.Pamm公式,失稳时的波数躂LD值的减小而
13445--2009、rOCT14249等等的所得结果进行比较
曾加
内JB4732、 ASME YⅧI-2、EN13445、 T OCT14249
当LD很大时,失稳时出现2个波,此时
等和GB150、ASMEⅧ-1属于不同的体系,对间
=2E
元件的计算结果进行简单比较所引起的间题已在文
程上称为用于长圆筒的 Bress公式
作了分析;但GB150、ASME?-1则属同
对式(1)和式(2),可统一表示为
体系,且笔者一直指出,GB150相当多的内容(包
活外压元件设计)实际上引白ASMEⅧ-1,之所以
KE
D
有些出人,或因所考虑T程肉素不同(如材料类別和
收稿日期:2013-02-0
安全系数等),或可能在?用中的其他原周所致。对
作者简介:丁伯民(1935一》,男,江苏无锡人,授。主要从
照∫这两个标准,发现了一些新的情况,为此撰文供
事压力容器、化T设备的教学、设计和研究丁作。
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2013年6月
丁伯民,再谈压力容器标准的应用
其中K为表征长、短园筒的特征系数,和结构求得许用外压]。即
尺すLD、Dル有关。E为材料的弾性模量,在比例
1=8.=S=D=mU四2
限以下时为常数,可由材料性能表査取;在比例限以
E 2te2te
上则和其应力-应变关系曲线有关,并非常数
将上式改写并引人符号B而得
为避开E值为变量这一麻烦问题,飙范采用失
D
B
稳时的周向应变ea而并非压力p或应力Sa为表征
SMEⅧ-1在1977年版以前对圆筒周向失稳取
失稳时的特征。不论长、短圆筒,在失稳时的周向应
稳定性安全系数m=4,所以可得
变c。为
=2=2D-LD.D)(4)
由上式可知,符号B的物理意义实隊表示圆
规范将失稳时的周向应变a用符号A表示,并筒在周向失稳时(已引入稳定性安全系数m-4)许
根据长圆筒、短园筒的失稳压力n。和圆筒结构尺寸用周向压缩应力的一半。
LD、Dz的关系。用LD作为纵坐标、A为横坐标
因此,符号A和符号B的关系,实质上是圆筒
Dt为参变量作图,即外压或压编载荷时元件的几何周向失稳时许用周向应力的一半和失稳时实际周问
参数图。于是,可由该图由圆筒的LD、D值查取应变之间的关系,所以可以用材料的拉伸曲线,即
圆筒在失稳时的周向应变A,然后由应变和应力的关
应力-应变之间的关系,并将应力坐标按1/2比例
系求取失稳应力S。,以及应力和压力的关系求取失缩小后以表示应力的一半和应变之问的关系,其示
稳压力p,并从设计角度引入稳定性安全系数m而意见图1。
1200r1SU
150℃以
260℃
H120
370℃
75
?B
25
90
67.5
480℃
80
60
E=2.00×106
6045
t2186×10
50
37
E=1.69X10
30
E=1.51×10°
E=143×105
3456789
234567
34567
23456789
0.00001
0.0001
0.001
0.01
系数
图1确定外压壳体厚度的线算图
Fig.I Chart for determining shell thickness of components under extemal pressure
由A查得B值后,即可由符号B的表示式按四=B
np-3Dの)计算许用外压值
b)求得许用外の
12受轴向压缩时圆筒的轴向稳定性设计
ASME-1从1977年版起对圆筒周向失稳取
鉴于由小挠度理论所得的轴向失稳应成力
稳定性安全系数m=4收为3,但此图仍沿用以前版
R)和实测结果差别很大,偏大达
本的原图,并未调整,故将许用外压方乗以
3(1
4-5倍之多,所以ASMEⅧ-L采用大挠度理论所得
43予以放大调整,所以1977年以后版本的ASME
4 B
的轴向失稳应力5,-0.5Ea,并和周向稳定性设
Ⅷ-1,都表小为p-3Dが,即指此意。如明确处
计相同,也引入m=4的稳定性安全系数,因此可得
手于线性弹性范围,则可根据B=BM的关系直接按其轴向压缩许用应力为
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