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關(guān)于ASME Ⅷ-1分篇偏置接管等面積補(bǔ)強(qiáng)法開孔補(bǔ)強(qiáng)校核計(jì)算

關(guān)于ASME Ⅷ-1分篇偏置接管等面積補(bǔ)強(qiáng)法開孔補(bǔ)強(qiáng)校核計(jì)算

壓力容器設(shè)計(jì)過程中,無論是國(guó)標(biāo)還是ASME或者其他國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),開孔補(bǔ)強(qiáng)是經(jīng)常遇到的強(qiáng)度校核計(jì)算,而采用最多的補(bǔ)強(qiáng)方法是等面積補(bǔ)強(qiáng)法。在ASME標(biāo)準(zhǔn)中,常用的開孔補(bǔ)強(qiáng)方法有等面積補(bǔ)強(qiáng)法、壓力面積法和大開孔(附錄1-7)補(bǔ)強(qiáng)法,其中最常用的也是等面積補(bǔ)強(qiáng)法。

  與其他方法相比,等面積補(bǔ)強(qiáng)法的優(yōu)勢(shì)在于它不受開孔位置、開孔方向和方位以及外壓的限制,比如在封頭、筒體、錐段的任何位置,任何角度都可以用這個(gè)方法,但是受到開孔直徑的限制。而壓力面積法則只能在內(nèi)壓作用下,筒體和錐段上開孔,但可以是大開孔。而對(duì)于設(shè)計(jì)過程中,大開孔的情況很少,而且也是我們盡量避免出現(xiàn)的,因此等面積補(bǔ)強(qiáng)法應(yīng)用非常廣泛。

  在ASME標(biāo)準(zhǔn)中用等面積補(bǔ)強(qiáng)法計(jì)算時(shí),對(duì)于這種非常典型的徑向開孔,計(jì)算是很方便的,簡(jiǎn)單的說就是在補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi),用筒體、接管、補(bǔ)強(qiáng)板、焊腳提供的面積補(bǔ)回被挖掉的面積就可以了,如下圖:

  因此,校核條件也就是A1+A2+A3+A4+A5A

  那么在ASME標(biāo)準(zhǔn)中的UG-37章節(jié)中給出了各個(gè)元件提供的有效補(bǔ)強(qiáng)面積和被挖掉的面積A的計(jì)算公式,見下圖:


  這里可以看到,被挖去的面積A=dtrF+2tntrF(1-fr1),這里面F的取值其實(shí)對(duì)開孔的補(bǔ)強(qiáng)面積起到了很大影響,在規(guī)范UG-37F定義中說到,如果是在圓筒和錐段上的開孔采用的是整體補(bǔ)強(qiáng)的形式,那么可以用圖UG-37F值,對(duì)于其他形式(也就是補(bǔ)強(qiáng)元件形式)F都取1。

那么我們來看一下圖UG-37


從圖中可以看出F是一個(gè)在01之間的數(shù)值,那么它決定了補(bǔ)強(qiáng)面積的大小,F越大,需要的面積就越大,反之越小。但是F的取值從上圖中看的話肯能不太好理解,而且用文字解釋的話也比較不方便,那么就用偏置接管的校核方法來解釋這個(gè)F的取值。

偏置接管的校核方法:

對(duì)于偏置的接管,在ASME標(biāo)準(zhǔn)中其實(shí)是需要校核兩次的,這兩次采用的公式完全相同,但是公式中的數(shù)值卻有很大的出入。首先先校核下圖中的情況:

  此時(shí)認(rèn)為開孔直徑為d,那么有效補(bǔ)強(qiáng)范圍也需要用d計(jì)算,注意這時(shí)F值取0.5,即認(rèn)為開孔直徑截面的投影面積與設(shè)備軸向中心線垂直。然后用UG-37中的公式計(jì)算AA1A5的面積進(jìn)行校核,看結(jié)果是否滿足要求。

  第二次校核就是用接管的內(nèi)徑dn作為開孔直徑并且用dn計(jì)算有效補(bǔ)強(qiáng)范圍,注意這時(shí)F取值為1.0,即認(rèn)為開孔直徑截面的投影面積與設(shè)備中心線平行。然后用UG-37中的公式計(jì)算AA1A5的面積進(jìn)行校核,看是否滿足要求。

  在這種偏置接管的校核中,必須兩次校核同時(shí)滿足要求才認(rèn)為接管是安全的,只要其中一種情況出現(xiàn)校核失敗,就要按照該情況進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

  總之,ASME標(biāo)準(zhǔn)中的偏置接管校核需要校核兩次不同直徑和不同F值情況下的補(bǔ)強(qiáng)情況,F的取值是開孔截面的投影面積與設(shè)備中心線所成角度決定的。


參考:ASME -1 2013

ASME PTB-4-2013


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