壓力容器中錐殼-圓柱殼連接結構的分析設計方法(二)

(1.清華大學 工程力學系,北京 100084；2.中國石化工程建設公司,北京 100101)

0 引言

在我國壓力容器現行標準[1-2]中，錐殼小端采用的設計準則式為：

Pm?SⅠ≤Sm

(1)

PL?SⅡ≤1.1Sm

(2)

PL+Q?SⅣ≤3.0Sm

(3)

眾多的算例都顯示，在錐殼小端與圓柱殼連接部位，控制補強設計厚度的準則是SⅡ的許用值，需要對此類結構SⅡ許用值的合理取值進行研究。本文通過塑性分析建議：以下列準則式代替準則式(2)，即：

ps/p≥1.5

(4)

式中ps——結構的塑性極限壓力；

p——設計壓力。

由文獻[5]所給出的彈性薄殼理論解，計算得到最大總體加局部薄膜應力強度SⅡ。將設計準則式(2)由準則式(4)替換，依據薄殼理論解所得彈性名義應力的SⅡ，再通過彈塑性分析，由結構的極限壓力準則式(4)確定SⅡ的許用值，從而確定結構所需的補強系數Qs。

1 內壓作用下錐殼大、小端分別與圓柱殼相連接結構的塑性極限壓力

20世紀后期，文獻[6]對錐殼大、小端分別連接圓柱殼的結構導出了塑性極限分析的理論解，其力學模型見圖1[6]。

t-殼體的厚度δr;α-錐半頂角;R2,R1-大、小端圓柱殼半徑

圖2 5種可能的塑性流動機構

文獻[6]中對圓柱殼采用單矩弱作用的Tresca屈服條件，對錐殼采用雙矩弱作用的Tresca屈服條件[7]，得到了極限分析的完全解;文獻[6]中還給出不同幾何參數(α,R2/R1,t/R1)條件下結構可能發生的5種塑性流動機構(見圖2[6])及塑性流動機構與這些幾何參數的關系，圖3[6]示出其中的一例。其中塑性流動機構A為錐殼大端與大圓柱殼先破壞，發生在α和R2/R1較大、t/R1較小時；塑性流動機構C,D為錐殼小端與小圓柱殼先破壞，塑性流動機構E為小圓柱殼先破壞，這三種塑性流動機構發生在α和R2/R1較小時；……