夹套锥壳需要用锥壳模型计算吗
夹套锥壳按照锥壳计算?
在看图时,发现图纸夹套锥壳和夹套筒体的厚度不一样,夹套锥壳16mm,夹套筒体取值是14mm。

正纳闷-为什么不取一个厚度?
看了计算书明白了,原来用的夹套锥壳尺寸,按照折边锥体输入SW6进行了计算。

其中因为折边半径必须大于10%的内径,为了SW6能够计算,大端的折边半径尺寸还略有修改。
经过计算,14mm不合格。

真的合格了吗?
所以修改厚度成16mm,再运行,合格!

抛开为了能计算,对于尺寸做了一些修改。仅仅看内压锥体的计算书真合格了吗?
我们知道内压锥壳的厚度,不仅仅是锥壳本身,一般还包括加强段的厚度。
不仔细看,内压锥体的计算书很有迷惑性,详见原来的文章:
内压无折边锥体计算的困惑
当翻开计算书时,经典的一幕又出现了:

计算书结论是合格,但是我们知道,因为这个锥壳实际没有设置33mm的过渡段,所以如果按照锥体计算,夹套封闭件的锥壳是不合格的。
夹套封闭件锥壳需要计算吗?
回答这个问题,不妨看看规范到底是怎么规定的。
a) GB150
我们翻开GB150的规范,规范中明确了:

对于这种结构的封闭件,只有结构尺寸的要求,厚度不小于夹套筒体厚度,并没有要求封闭件按照公式计算。
如果是平板封板,倒是有公式计算,计算出来的值也一般比较小。
b) ASME VIII I
ASME VIII I的附录9,其要求和GB150大致是一样的。

但是有一点比GB要求更低。ASME中只需要大于等于夹套筒体的最小厚度就行了,而不是大于等于名义厚度。

其中trc为封闭件需要的最小厚度。
trj为夹套筒体需要的最小厚度。
封闭件trc应该大于等于trj。
对比GB中的tc>=tj,要求是更宽松了。
c) EN13445
在EN13445.3中第7.6条,明确了夹套的锥体不适用于锥壳计算公式。

综上所述
按照各种规范,此类夹套封板是不需要计算的,可以直接按照规范取值,一般取等于夹套筒体厚度即可。
封闭件锥壳和锥壳的受力比较
规范为什么这么规定呢,夹套锥壳为什么不用普通锥壳方法校核呢?
推测的一些原因有:
-
夹套的宽度一般比较小,内筒对于夹套的支撑作用比较强,而夹套锥壳受力模型更接近于受均布载荷的小环板。而不是锥壳。
-
锥壳计算需要考虑锥壳大小端的加强长度,而对于夹套锥壳,其本身的长度往往都小于加强段长度。
-
夹套锥壳折边的尺寸与锥壳也不同,强行输入,会造成几何尺寸的的不匹配。
为了直观体验一下两者的区别,用ansys验证一下。
夹套封闭件锥壳,记作模型A,尺寸如下:

内压锥壳,记作模型B

都施加内压为2MPa,看看哪种受力比较好。

对于模型A,其最大应力点在折边内壁处,为186.8MPa:

对于模型B,其最大应力点在小端外侧,应力值为2639.2MPa。而在大端折边处的应力值为1481.72MPa。

对比可以知道,锥壳的受力模型和夹套锥壳的受力模型是完全不一样的。此上面的尺寸结构中,锥壳模型的最大应力是夹套锥壳封板的14.1倍,锥壳受力,远远比夹套锥壳差。尽管他们结构看似很相似,但是公式完全无法借鉴。
当然不放心的话,也可以稍微算一下:
对于夹套平封板需要计算最小厚度,其公式按照受均布载荷的环平板,这个厚度应该算是夹套锥壳的上限了,所以简单的计算话,可以借鉴采用如下的公式:

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