如何处理局部主膜应力?(PDF)

局部主膜应力(P_l)是由主要类型负载(如重量或压力)产生的应力，但该应力局限于容器中的喷嘴等不连续处。

根据ASME sec8 div2第5部分，如果等效应力超过1.1S的距离在子午方向上的延伸不超过(Rt)，则构件中的应力区域被认为是局部的。^0．5其中R和t分别为半径和厚度。

有时候我们在处理这些本地压力时面临很大的挑战。尽管它们是非常地方性的，但却超出了允许的范围。在这种情况下，用弹塑性方法代替弹性分析可以帮助我们摆脱这种应力分类。

让我们看一下下面的例子来详细说明。正如你所看到的，有一个简单的无加强的横向连接，头部外径为1524mm，厚度为16.05mm。分支外径1219.2 mm，厚度9.7mm。

0.36 MPa的内压是施加在该连接上的唯一载荷，假设工作温度为310⁰C，许用应力为119 MPa。材料假设为A106-B。

采用壳单元法和弹性法对该节点进行了有限元分析。下图显示了施加的载荷和边界条件。

两个固定bc已应用于头部的两侧。内部压力负载用红色箭头表示。下图为P_l已经展示过了。

最大P_l应力约为205兆帕，并已定位于分支侧旁边的头焊缝，这是预期的。

下图显示了最高应力的局部程度。然而，它们已经超过了允许的1.5S或179 MPa。

正如你所看到的，最高应力区超过1.1S (131 MPa)的范围远低于(Rt)^0．5分支的。

似乎加固垫可以解决这个问题。为了研究它是如何工作的，我们分析了一个新的几何结构，它与之前的几何结构相同，还包括一个加固垫。垫面宽度为500mm，厚度为16.05 mm。

现在您可以看到结果了。最大P_l应力变为153兆帕。

因此，当使用加固垫时，P_l应力将在允许的范围内。

另外，下图显示了最高P的范围_l分支和头侧应力均明显低于(Rt)0.5。

调查这种联系的另一种方法是在第6段中提到的方法。B31.3规范中的304.3.3是关于焊接分支连接的加固。遵循上述规则，使用垫加固是不需要的。实际上，本段中压力设计的基础是确保不连续处的多余面积，以考虑从喷嘴内部移除的材料。这种方法不试图辨别在不连续处的应力以及在设计压力下可能发生的一些塑性。

但现在的问题是，我们如何证明弹性有限元法和第2段中提到的方法之间的差异。B31.3中的304.3.3。

最后，采用弹塑性方法对该节点在不加加固垫的情况下进行了研究。深入分析塑料并不是这篇短文的目的。然而，一些假设如下。

采用了ASME第VIII-2第3部分的多线性应力-应变曲线。材料类型为铁素体钢，工作温度下屈服应力和抗拉强度分别为177 MPa和413.7 MPa。

由于实现了收敛，因此不会发生坍塌失效。同时，最高塑性应变量约为0.08，并且如预期的那样位于分支侧。下图显示，最高的塑性应变是非常局部的。

局部应变极限准则(ASME VIII-2)也已通过，塑性应变与极限三轴应变ɛpeq/ɛL的最大比值约为0.36，小于1。

最后，通过弹塑性分析，认为该节点连接合格，无需加固垫块。

事实上，在更先进的方法的帮助下，我们能够优化设计，并确保塑料应变足够局部，即使是在这样的压力载荷下，也能满足无加强连接的要求。