1、1,内压作用下 圆柱壳开孔接管分析设计方法,2005年8月,2,内压作用下 圆柱壳开孔接管分析设计方法,一 概述 1.1 现有的常规设计方法 1.2 我国JB4732分析设计方法的适用范围 1.3 各国对于圆柱壳开孔接管问题的研究 1.4 理论解的困难 二 我国JB4732分析设计方法的理论基础 2.1 基本参数与坐标 2.2 交贯线的几何描述 2.3 采用修正的Morley方程代替扁壳方程 2.4 采用精确的连续条件 2.5 解复杂的偏微分方程的边值问题 三 理论解可靠性的验证 四 我国规范JB4732中圆柱壳开孔接管的分析设计方法 4.1 适用范围 4.2 设计准则 4.3 计算步骤 4.
2、4 设计方法 五 JB 4732 与 PD 5500 比较,3,概述 1 现有的常规设计方法 2 我国JB4732分析设计方法的适用范围,4,美：20世纪50年代起至今PVRC有一个委员会组织研究工作。成果表现为WRC Bulletin 107,297, (支管受推力，弯矩),133,368 (内压), 理论解（Eringen, Steele)，实验（ORNL），有限元解（Widera） 英：理论解(以早期的球壳解代替圆柱壳,内压工况)，实验，有限元解（Moffat）。其成果表现为英国管道标准BS806(内压，支管、主壳各受3种力矩)。 这是一个在工程上重要而在力学、数学上困难的问题,概述 3
3、 各国对于圆柱壳开孔接管问题的研究,5,概述 4 理论解的困难,1，采用什么样的圆柱壳方程？ 2，如何在数学上描述主壳与支管的交贯线？ 3，如何正确提出主壳与支管的连接条件？ 4，如何求解复杂的偏微分方程的边值问题？,6,我国JB4732分析设计方法的理论基础 1 基本参数与坐标,基本参数： R 主壳中面半径 r 支管中面半径 T 主壳厚度 t 支管厚度 构成3个无量纲参数 0 =r /R 开孔率 =0 (2R/T)1/2 壳厚参数 t/T 管壳厚度比,7,我国JB4732分析设计方法的理论基础 1 基本参数与坐标,三套坐标系： x,y,z 总体坐标系 ,z 总体坐标系 ， 主壳极坐标系 ，
4、支管主坐标系,8,我国JB4732分析设计方法的理论基础 2 交贯线的几何描述,前人： 主壳展开面上为圆 支管端面平齐,9,我国JB4732分析设计方法的理论基础 3 采用修正的Morley方程代替扁壳方程,扁壳方程： 适用范围： d/(DiT )1/21， 精度：O(T/R)1/2,修正的Morley方程： 适用范围： d/(DiT )1/2 12, 精度：O(T/R),10,我国JB4732分析设计方法的理论基础 4 采用精确的连续条件,11,我国JB4732分析设计方法的理论基础 5 解复杂的偏微分方程的边值问题,主壳解,支管解,位移函数,12,0 =0.7，D/T=200，t/T=0.
5、9,三 理论解可靠性的验证,有限元计算模型无焊缝,13,理论解不考虑焊缝与圆角 有限元解有焊缝 w1/T=0.5 w2/t=0.5,K=SIV/0 0 =pR/T,14,四 我国规范JB4732中圆柱壳开孔接管的分析设计方法 1 适用范围,JB 4732: 曲线范围保证应力控制点在主壳 0 d/D 0.8 超过0.8时沿 90的边缘效应要互相耦合 = d /(DT)1/2 8 max(0.5, d/D) t/T 2 w1/T 0.5, w2/t 0.5 超过此范围有过大的峰值应力 D/T 10， d/t 5 小于此范围非薄壳,15,设计准则：SII 2.2 Sm, SIV 2.6Sm 一般的设
6、计准则 SII 1.5 Sm 应用于圆柱壳开孔补强设计是非常保守的： 对于前人的一大批塑性极限压力实验 (0.135 d/D 0.826, 28 D/T 230)，利用其塑性极限压力ps，以p=ps/ns作为载荷施加于试件上，应用本规范方法计算其SII ,除个别试件外，绝大部分试件的SII 2.2 Sm,四 我国规范JB4732中圆柱壳开孔接管的分析设计方法 2 设计准则,16,JB 4732,d/D=0.1 10 D/T 400, 5 d/t,17,JB 4732,d/D = 0.5 10 D/T 196,18,d/D = 0.8 10 D/T 100,JB 4732,19,四 我国规范JB
7、4732中圆柱壳开孔接管的分析设计方法 3 计算步骤,1 计算圆柱壳与接管中面直径D, d D = Di+e d = d0-et 2 计算0, ,et/e 由0, ,et/e查曲线图组J-2, 得K(m) 和K 4 计算 S,S 5 校核 S2.2Sm S2.6Sm,20,确定壳体计算厚度 2 给定壳体实际厚度e ,计算 = d /(DT)1/2 。针对不满足校核条件的S（或S）, 用加厚 et 的方法使强度满足。计算,四 我国规范JB4732中圆柱壳开孔接管的分析设计方法 4 设计方法,或,21,3 在曲线图组J-2中，在开孔率0=d/D的曲线纵坐标Km（或K）上找值，过此点沿水平线向右移与
8、对应的值垂线相交，由交点读得该族曲线参数et/e值，遇中间值内插。 4 以et/e比例增加接管厚度。,四 我国规范JB4732中圆柱壳开孔接管的分析设计方法 4 设计方法,22,5 在第三步中，如果交点超出了et/e曲线族的范围（即et/e超出了J1条第7项所规定的取值范围），不允许外延取值，则应考虑直接增加壳体厚度e，再以J3条步骤重新计算，直到满足校核条件。,四 我国规范JB4732中圆柱壳开孔接管的分析设计方法 4 设计方法,23,五 JB 4732 与 PD 5500 比较,24,五 JB 4732 与 PD 5500 比较,25,定义：h =T/T0 , g =T/T0,六 理论分析方法在 今后的GB150中应用,26,六 理论分析方法在 今后的GB150中应用,定义：h =T/T0 , g =T/T0,27,思考题,1 JB4732 中圆柱壳开孔接管设计方法的计算模型与实际结构的关系，做了哪些简化。规范如何保证利用理论解进行设计的合理性。 2 JB4732 中圆柱壳开孔接管设计方法的基本原理，为什么可以比前人的理论解拓宽应用范围。 3 比较JB4732与GB150的设计方法。 4 利用此方法自行设计一个圆柱壳开孔补强，并与GB150进行比较。,
