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塔器圆筒轴向稳定性校核 概述

时间:2020-09-30 来源:卢梭说压力容器 浏览:
圆筒轴向压应力由以下三部分产生:
1)负压(如果有);
2)自重、垂直地震力;
3)风载、偏心质量、水平地震力引起的弯矩。
要求以上三部分应力之和,即σ1+σ2+σ3≤许用轴向压应力[σ]cr
简便起见,标准将弯矩产生的弯曲应力与轴向载荷产生的轴向应力同等看待,只是适当将风载荷计算中的体型系数K1适当放大。
NB/T47041-2014《塔式容器》的7.9.2规定,许用轴向压应力[σ]cr=min{KBK[σ]t}
 
式中:
1K为载荷系数,按NB/T470417.1的规定取1.2
这是源于GB/T150.14.4.4条:当地震载或风载与其他载荷组合时,允许元件的设计应力不超过许用应力的1.2倍。
2[σ]t为材料的许用应力
 
根据许用应力的定义有:K[σ]t=1.2[σ]tReL/1.5,即[σ]crK[σ]tReL/1.25,也就是说设计中将圆筒中的压缩应力控制在材料的屈服强度以下,避免筒体出现塑性变形。
3B为外压应力系数,单位MPa
NB/T470414.3.4的规定,B由所允许的最大应变A=0.094δe/RoGB/T150.3相应的外压应力曲线图(A-B曲线)确定。
对于弹性失稳(即A-B曲线的斜线段)有:B=2AEt/3,将上述A计算式代入有B=0.0626Etδe/Ro,大致相当于Timoshenko(铁木辛柯)小挠度理论解(见下面的标准释义截图)取安全系数10.0,也近似相当于Kernpner(凯谱涅尔)大挠度理论解取安全稳定系数3.0
A-B曲线包括弹性失稳和非弹性失稳。但只有当轴向应力大于材料的弹性极限(或屈服强度),圆筒才会出现非弹性失稳。对于塔器来说,标准要求其轴向应力不应大于屈服强度,见上面的2)。

以上讨论的是塔器的局部失稳,对于细高塔(H/D>63.5,见塔器标准释义)还可能存在类似于细长杆的失稳,也就是欧拉失稳。对于欧拉失稳,NB/T47041认为H/D这么大的塔少见(见标准释义的P78),而没有给出计算方法。
 
不过,新的“压力容器-分析设计”标准(征求意见稿)在其第3部分“典型受压元件及结构”的5.11.3一节中(见下面的书签截图),给出了不同载荷组合下圆筒的局部失稳柱状失稳时的许用轴向压缩应力,可供参考。这部分内容应该是来自ASME VIII-24.4.12 Combined Loadings and Allowable Compressive Stresses

参考文献:

[1] 王者相. 轴向载荷作用下薄壁圆筒体临界应力计算的新方法[J].
[2] 曾庆勋. 关于改进塔类设备失稳临界应力计算方法的建议[J].
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