封头上管口载荷输入方式

标准的管道载荷一般是6个值，三个力，三个弯矩。对于各类商业软件都允许你输入6个载荷。

对于筒体上的六个载荷一般没有什么异议。

那么凸形封头上的载荷应该怎么输入呢？力FG和FL，弯矩ML，MG要不要使用平行四边形定理合并呢？

合并还是不合并，这是一个问题。如果你已经有了答案，请往下看。

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我们知道计算接管局部应力一般采用WRC107或者WRC297。由于管道应力专业的管道载荷一般比设备设计要晚点，为了加快项目进度，一般采用的方法是建立一个设备和管道应力都能接受的表格。按照压力等级和管口公称直径，将管口的允许载荷一一列出。管道应力采用此表格来核对他们的管道布置是否合理，如果他们算出来的载荷比表格中大，一般会自己调整一下管道布置，使之载荷在表格允许载荷之内，如果万一无论如何都无法降低载荷，再将此实际载荷提交给设备来校核管口局部应力。设备采用此表格来核算设备的强度，如果合格，说明设备安全，如果需要付出很大的代价，比如增加非常不合理的厚度，那么设备也可以和管道应力商量一下，要求应力专业提供实际的管口载荷来验算是否真的有问题。

在VCAD中，按照SH/T 3074-2007的附录D制作了管口载荷表，非常便于查询和输出管口载荷数值。

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在回答这个问题之前，先举2个例子：

例子1：

如一封头，mx=3000Nm，my=4000Nm，其最大表面应力Smax (MPa)=66.1，最大膜应力Sm (MPa)=6.4.

如果输入Mx=5000Nm，My=0，其最大表面应力Smax (MPa)=82.6，最大膜应力Sm (MPa)=8

:例子2：

一封头施加两个垂直方向各40吨的推力，计算得到实际应力与许用应力比为0.837，结果合格。

将两个力合并，取其平方和开根号得到合力为56.57吨的推力输入，其实际应力与许用应力比值为1.18，结果为不合格。

在例子1和例子2中，两次输入的数值在现实中是等效的，为什么在软件里会差别那么大呢，为何会出现这种情况呢？

原因是：WRC107和WRC297的原理都是列出主轴线四个转角处的应力。使设计人员认为连接处最大应力必定是这四个位置上的应力之一。但是很多时候最大应力不在这四个位置上。

如上图的所示，图b的输入方式是合并后输入，主轴线1-1和2-2上SA=S（SA代表A点的应力），SB=S，SC=0，SD=0，如果设计人员采用不合并的输入，则如同取坐标系如c，则SA=SB=SC=SD=0.7071S，应力约比实际的最大应力低40%，是不保守的行为。究其原因，图（c）中最大应力点不在输入的坐标轴上，而在PN连线上。根据WRC107,297编制的软件则只考虑ABCD四点的应力值，造成完美的避过了应力最大区域PN。

这个也就解释了为什么需要将其组合后再输入。组合后最大应力值是不组合的sqrt（2）倍。

回到刚才的例子：

我们举的第一个例子，实际上66.1MPa和6.4MPa是4000Nm的弯矩产生的，那么组合后5000Nm的应力值实际上是线性关系，66.1/4000*5000=82.6MPa， 6.4/4000*5000=8MPa。

第二个例子，40吨的推力的最大应力比值0.837，那么合并后最大应力比值应该为0.837*sqrt（2）=1.18，对比一下软件输出结果，是不是完美的吻合。

所以，团结就是力量。

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