|
Штуцер-МКЭ 3.5. Руководство пользователя | |
Также как и в случае цилиндрической обечайки, при расчете прочности патрубков в месте соединения используются безразмерные усилия и моменты в зависимости от геометрических параметров [14].
Безразмерные геометрические параметры:
| $$ \lambda = \frac{d+2s_1}{D+s+c} \sqrt{\frac{D+s+c}{s-c}}, $$ | (5.76) |
| $$ \eta = \frac{d+2s_1}{s_1-c_s}, $$ | (5.77) |
| $$ \rho = \frac{s-c}{s_1-c_s}. $$ | (5.78) |
Относительные безразмерные усилия и моменты в окружном ($\theta$) направлении:
| $n_{\theta F}$ | - | мембранное усилие от действия $F_R$ |
| $m_{\theta F}$ | - | изгибающий момент от действия $F_R$ |
| $n_{\theta MC}$ | - | мембранное усилие от действия $M_C$; |
| $m_{\theta MC}$ | - | изгибающий момент от действия $M_C$ |
| $n_{\theta ML}$ | - | мембранное усилие от действия $M_L$; |
| $m_{\theta ML}$ | - | изгибающий момент от действия $M_L$. |
Безразмерные усилия и моменты в осевом (а) направлении:
| $n_{RF}$ | - | мембранное усилие от действия $F_R$ |
| $m_{RF}$ | - | изгибающий момент от действия $F_R$ |
| $n_{RMC}$ | - | мембранное усилие от действия $M_C$; |
| $m_{RMC}$ | - | изгибающий момент от действия $M_C$ |
| $n_{RML}$ | - | мембранное усилие от действия $M_L$; |
| $m_{RML}$ | - | изгибающий момент от действия $M_L$. |
Окружные мембранные напряжения от силы $F_R$:
| $$ \sigma_{m\theta}(F_R) = n_{\theta F} \frac{F_R}{(s-c)^2}, $$ | (5.79) |
где $n_{\theta F}$ определяется по [15].
Окружные изгибные напряжения от силы $F_R$ по сравнению с мембранными значительно ниже, поэтому их значениями пренебрегают.
Осевые мембранные напряжения от силы $F_R$:
| $$ \sigma_{ma}(F_R) = \frac{F_R}{A}, $$ | (5.80) |
где $A=\frac{\displaystyle\pi \left((d+2s_1)^2-(d+2c_s)^2\right)}{\displaystyle 4}$ - расчетная площадь поперечного сечения патрубка.
Осевые изгибные напряжения от силы $F_R$ для всех расчетных точек:
| $$ \sigma_{ba}(F_R) = \left(6m_{RF}-3n_{RF}\right) \frac{F_R}{(s_1-c_s)^2}, $$ | (5.81) |
где $m_{RF}$ и $n_{RF}$ определяется по [15].
Окружные мембранные напряжения от момента $M_C$:
| $$ \sigma_{m\theta}(M_C) = n_{\theta MC} \frac{M_C}{(s-c)^2(d+2s_1)}, $$ | (5.82) |
где $n_{\theta MC}$ определяется по [15].
Окружные изгибные напряжения от момента $M_c$ по сравнению с мембранными значительно ниже, поэтому их значениями пренебрегают.
Осевые мембранные напряжения от момента $M_C$:
| $$ \sigma_{ma}(M_C) = \frac{M_C}{W_s}, $$ | (5.83) |
где $W_s=\frac{\displaystyle\pi\left((d+2s_1)^4-(d+2c_s)^4\right)}{\displaystyle 32(d+2s_1)}$ - расчетный момент сопротивления изгибу поперечного сечения патрубка.
Осевые изгибные напряжения от момента $M_C$:
| $$ \sigma_{ba}(M_C) = \left(6m_{RMC}-3n_{RMC}\right) \frac{M_C}{(s_1-c_s)^2(d+2s_1)}, $$ | (5.84) |
где $m_{RMC}$ и $n_{RMC}$ определяется по [15].
Окружные мембранные напряжения от момента $M_L$:
| $$ \sigma_{m\theta}(M_L) = n_{\theta ML} \frac{M_L}{(s-c)^2(d+2s_1)}, $$ | (5.85) |
где $n_{\theta ML}$ определяется по [15].
Окружные изгибные напряжения от момента $M_L$ по сравнению с мембранными значительно ниже, поэтому их значениями пренебрегают.
Осевые мембранные напряжения от момента $M_L$:
| $$ \sigma_{ma}(M_L) = \frac{M_L}{W_s}. $$ | (5.86) |
Осевые изгибные напряжения от момента $M_L$:
| $$ \sigma_{ba}(M_L) = \left(6m_{RML}-3n_{RML}\right) \frac{M_L}{(s_1-c_s)^2(d+2s_1)}, $$ | (5.87) |
где $m_{RML}$ и $n_{RML}$ определяется по [15].
От крутящего момента в соединении штуцера и обечайки возникают касательные напряжения:
| $$ \tau_{\theta x} = \frac{M_T}{2\pi r^2_0 (s_1-c_s)}. $$ | (5.88) |
Силы $F_C$ и $F_L$ создают мембранные сдвиговые напряжения в продольном (т.1-4) и окружном (т.5-8) сечении соответственно:
| $$ \tau_{x\theta} = \frac{F_C}{\pi r_0 (s_1-c_s)}, $$ | (5.89) |
| $$ \tau_{\theta x} = \frac{F_L}{\pi r_0 (s_1-c_s)}. $$ | (5.90) |
Местные мембранные напряжения от внутреннего давления определяются в зависимости от коэффициентов интенсификации напряжения $I_{\theta(x)p}$.
Окружное напряжение от внутреннего давления в продольном сечении (т.1-4):
| $$ \sigma_{\theta p} = p I_{\theta p} \frac{D+(s+s_2-c)}{2(s+s_2-c)}. $$ | (5.91) |
Для поперечного сечения (т.5-8):
| $$ \sigma_{\theta p} = p I_{xp} \frac{D+(s+s_2-c)}{4(s+s_2-c)}. $$ | (5.92) |
Если расчетные коэффициенты $I_{\theta(x)p} < 1$, то для определения окружных напряжений в продольном сечении (т.1-4) используется зависимость:
| $$ \sigma_{\theta p} = p \frac{1+I_{\theta p}}{2} \frac{D+(s+s_2-c)}{2(s+s_2-c)}. $$ | (5.93) |
Для определения окружных напряжений в поперечном сечении (т.5-8):
| $$ \sigma_{\theta p} = p \frac{1+I_{xp}}{2} \frac{D+(s+s_2-c)}{4(s+s_2-c)}. $$ | (5.94) |
Осевые напряжения от внутреннего давления:
| $$ \sigma_{ap} = p \frac{\pi(d+2c_s)^2}{4A}. $$ | (5.95) |
В случае, если $l_2 < 8(s+s_2-c)$, при определении напряжений и коэффициента интенсификации вместо $s+s_2$ необходимо подставлять $s$ (толщиной накладного листа пренебрегают).
В общем случае все приложенные внешние нагрузки на штуцер можно разложить по трем направлениям, т.е. представить как одновременно действующие силы $F_R$, $F_C$, $F_L$ и моменты $M_C$, $M_L$, $M_T$. После определения напряжений от действующих сил и давления, суммарные напряжения в расчетных точках (1-8) определяются с учетом знаков согласно таблице 5.17.
При наличии коррозионно-активной сероводородсодержащей среды выполняется дополнительный расчет растягивающих напряжений на внутренних поверхностях обечайки (точки 2, 4, 6, 8):
| $$ \sigma_{in} = \max{\left\{ \frac{1}{2} \left( \sigma_{\theta}+\sigma_a+\sqrt{(\sigma_{\theta}-\sigma_a)^2+4\tau^2_{\theta a}} \right); 0 \right\}}. $$ | (5.96) |
| Таблица 5.17. Местные напряжения (с учетом знаков) патрубка в расчетных точках зоны врезки, нагруженной внутренним давлением и внешними нагрузками согласно WRC 297 | ||||||||
| Окружные напряжения, $\sigma_{\theta}$ | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| Мембранные от $F_R$ | - | - | - | - | - | - | - | - |
| Мембранные от $M_C$ | - | - | + | + | ||||
| Мембранные от $M_L$ | - | - | + | + | ||||
| Окружные напряжения от давления $\sigma_{\theta p}$ | + | + | + | + | + | + | + | + |
| Суммарные мембранные окружные напряжения $\sigma_{m\theta}$ | ||||||||
| Суммарные окружные напряжения $\sigma_{\theta}$ | ||||||||
| Осевые напряжения, $\sigma_a$ | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| Мембранные от $F_R$ | - | - | - | - | - | - | - | - |
| Изгибные от $F_R$ | - | + | - | + | - | + | - | + |
| Мембранные от $M_C$ | - | - | + | + | ||||
| Изгибные от $M_C$ | - | + | + | - | ||||
| Мембранные от $M_L$ | - | - | + | + | ||||
| Изгибные от $M_L$ | - | + | + | - | ||||
| Осевые напряжения от давления $\sigma_{ap}$ | + | + | + | + | + | + | + | + |
| Суммарные мембранные осевые напряжения $\sigma_{ma}$ | ||||||||
| Суммарные осевые напряжения $\sigma_{a}$ | ||||||||
| Сдвиговые напряжения от $M_t$ | + | + | + | + | + | + | + | + |
| Сдвиговые напряжения от $F_C$ | + | + | - | - | ||||
| Сдвиговые напряжения от $F_L$ | - | - | + | + | ||||
| Суммарные сдвиговые напряжения $\tau_{\theta a}$ | ||||||||
| Приведенные общие напряжения $\sigma_{экв}$ | ||||||||
| Растягивающие напряжения на внутренней поверхности $\sigma_{in}$ | ||||||||
Штуцер-МКЭ 3.5. Руководство пользователя
Copyright © 2003-2025, НТП Трубопровод