管道应力分析中的应力增大系数
Thermal_烟霞客
编辑于 2024年01月29日 00:38
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      在管道应力分析中,当管道几何形状发生急剧变化时,位移应力范围的计算值与直管相比有所增加。对于平滑过渡的弯头和弯管,主要是由于受弯后管道出现扁平化,使抗弯刚度有所减小。对于斜接弯管和支管连接,位移应力范围增加的主要原因则是几何不连续产生的应力集中。

       上述两种情况都将导致材料抗疲劳能力有所削弱,对管道产生不利影响。二次应力校核主要是为了防止疲劳破坏,因此为了考虑这种效应,在进行二次应力校核时引入了应力增大系数。

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一、与应力增大系数有关的几个基本概念

1.应力集中

       应力集中是指,当管道几何形状发生突变时,在外力的作用下管道中的局部应力急剧增大的现象。

2.应力集中系数

       应力集中系数是指,以同一弯矩值作用在管和直管后所产生的最大应力值之比。应力增大系数与应力集中系数是两个不同的概念,以往一些文献将其混为谈是不正确的。

3.应力增大系数

        应力增大系数是指,在疲劳破坏循环次数相同的情况下,作用于直管的弯曲应力与作用于管件的名义弯曲应力之比。直管的截面形状和尺寸应与管件相应部分的截面形状和尺寸相同。名义弯曲应力是指弯矩除以抗弯截面模量,它没有考虑应力集中,同时认为材料始终在弹性范围之内。由此也可将应力增大系数定义为:由应力增大系数的定义可以看出,应力增大系数是由疲劳试验得到的,与材料的疲劳破坏存在直接关系,它与应力集中系数是不相同的,一般认为应力增大系数是应力集中系数的一半。由于将弯矩作用于管件的平面内和平面外所产生的结果有所不同,所以应力增大系数分为平面内和平面外两种情况。此处所说的平面是指管件轴线构成的平面。

4.柔性系数

        在管道应力分析中,柔性系数是指,将同一弯矩作用于管件和直管后,管件的位移与直管的位移之比。考虑柔性系数的目的是在计算中对管件柔性增大的现象做出更加合理的模拟。

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二、应力增大系数的确定方法

        确定应力增大系数可采用疲劳试验和数值分析两种方法。其中疲劳试验方法是确定应力增大系数的直接方法,也是基本方法。数值分析方法一般建立在现有疲劳试验基础之上。

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三、应力增大系数的采用

        应该说明的是,根据GB 50316、ASME B31.1和 ASME B31.3 的规定,计算二次应力时应采用应力增大系数。这是由于采用应力增大系数的目的,是考虑局部应力集中的影响,而局部应力集中主要对管件的疲劳破坏产生作用。因为局部的高应力循环,将使材料产生裂纹并不断扩展,最终导致破坏。校核二次应力的目的正是为了防止疲劳破坏,因此在计算二次应力时必须考虑应力集中的影响,应该采用应力增大系数。考虑应力增大系数后,管系中最大二次应力一般位于支管连接和弯管处。