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    ASME Ⅷ-2中结构应力计算方法的由来.pdf

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    ASME Ⅷ-2中结构应力计算方法的由来.pdf

    第43卷第1期 2014年1月 石油化工设备 PETROCHEMICAL EQUIPMENT Vo1.43 No.1 Jan.2014 文章编号10007466201401004005 ASMEⅧ一2中结构应力计算方法的由来 沈 鏊 惠生工程中国有限公司,上海201203 摘要ASMEⅧ一22007版针对焊接件的疲劳寿命给出了一个全新的评定方法基于结构应 力的疲劳评定方法,并已被证实具有良好的网格不敏感性,特别适合焊接件焊趾处的疲劳寿命评 定。从结构应力的定义出发,推导了结构应力的计算步骤,阐述了规范中公式的由来,并指出了结 构应力法网格不敏感性的理论依据。 关键词结构应力;疲劳;网格不敏感;有限元法 中图分类号TQO5O.2;TB115.2 文献标志码A doi10.3969/j.issn.10007466.2014.01.011 Origin of Calculation of Structural Stress in ASMEⅧ一2 SHEN Jun Wison Engineering Co.Ltd.,Shanghai 201203,China AbstractA new fatigue uation based on structural stress was provided by ASME Ⅷ一22O07 Edition.It has been proved that this was meshinsensitive and especially fit for fatigue lire uation of weld toe of weldments.From the definition of structural stress,this paper deduced calculation procedure of structural stress,presented the origin of ulas in the code and pointed out the theoretical foundation of meshinsensitivity. Key wordsstructural stress;fatigue;meshinsensitive;finite element 压力容器结构中广泛采用焊接结构。在焊接 结构中,疲劳失效主要发生存焊接接头处。对焊接 件疲劳寿命的评估是压力容器长期安全使用的一个 重要保证。ASMEⅧ一2下文也称规范针对焊接 件的疲劳寿命给出一个全新的评定方法基于结 构应力的疲劳评定方法口铷。 文献[1-3]中的结构应力法源自华裔学者 Dong P及其团队的研究成果Battelle结构应力 法,经过修正后引入。文献[1~3]附录A中也提及 基于节点力的结构应力法实际上引自Dong P拟写 的WRC 474公报I4]。结构应力法具有很多优点, 但其相比以往的各种疲劳评定方法,一个最显著的 优点是采用有限元法时对网格不敏感。网格不敏感 的理论基础是采用了广义节点力来计算结构应力, 这也是实施该法的关键一步。文献[14]及Dong P 关于该法的论文_5 及介绍或应用该法的相关文献 [711]详细介绍了该法的各个方面,但均未给出广 义节点力计算结构应力的推导过程。 文中将详细阐述其由来,以便工程实践中更好 地应用该疲劳评定新方法。 1 结构应力 结构应力的定义为薄膜应力和弯曲应力中与假 想裂纹平面相垂直的应力分量,由薄膜应力分量和 弯曲应力分量组成,该应力参量与疲劳寿命数据相 关联。 一个焊趾处穿越厚度方向的局部应力分布示意 图见图1,与图1应力分布等效平衡的结构应力分 布见图2,图中, 为正应力,r 为切应力,口 为薄膜应力, 为弯曲应力,r 为等效切应力, 收稿日期20130726 作者简介沈望1980一,江苏太仓人,工程师,硕士,长期从事压力容器分析设计。 第1期 沈望ASMEⅧ一2中结构应力计算方法的由来 图1 焊趾处穿越厚度方向的局部应力分布示图 图2焊趾处的结构应力分布不图 遵循单元结构力学理论的结构应力定义是基于 如下3方面考虑的①假设从有限元模型中可以得 到一个如图1所示的贯穿厚度的应力分布,同时在 焊趾处存在一个垂直于假想裂纹平面的平衡等效的 结构应力。这个等效的结构应力由薄膜和弯曲分量 组成。②缺口附近的局部应力是网格敏感的,这是 由缺口处的应力奇异引起。此时,在参考区域内施 加单元结构力学中的平衡条件可消除或者最小化结 构应力计算中的网格敏感性。③在基于位移的有限 元法中,在应力和应变求解之前,最精确的求解变量 是节点位移和节点力,节点位移和节点力直接满足 平衡条件。因此,节点位移和节点力可以用来求取 焊接处的结构应力。当使用壳单元时,这个方法尤 其方便。 2通用计算方法 网格不敏感的结构应力计算方法对壳单元来说 实施起来最为方便。 如果沿焊缝的应力梯度不是特别大或者焊缝附 近的单元也没有严重扭曲,那么这个方法可以针对 每一个单元单独实施。 作为一般性应用,通过求解一系列联立方程来 计算沿整个焊缝的结构应力,其结果也是令人满意 的。因此,关于应力梯度和单元形状扭曲的限制可 以忽略。 2.1 基于单元的结构应力计算 1个沿着焊缝壳单元结构应力的计算示意图见 图3,图中,在总体坐标系 ,Y,z下的刚度矩阵{ } 可以从有限元解中直接得到或者之后单独用公式表 示,z ,Y ,z 为局部坐标系, 、 ,厂 ,为局部坐标系 下的线力N,mx,、lrly、Iglz为局部坐标系下的线力矩 Nmm/mm t为单元几何尺寸ram。 3 焊缝壳单兀结构应力计算不图 单元内节点位移通常以如下形式表示 {U { ,“ ,“ , , , } 1 式中, 、“ 、“ 分别为节点i在.27、Y、 这3个方向 上的平移位移, 。、 、 分别为节点i在z、Y、 这 3个方向上的转动位移,mm;下标i从1到r/,n为 单元内的节点数。 单元节点力矢量为 {F } 一{F ,F ,F ,M ,M ,M 2 总体坐标系下的节点力可以由刚度矩阵和节点 位移得到 {F }一{Ke{li} 3 很多商业有限元软件可以输出式3中的平衡 单元节点力矢量。因此,式3所示的计算其实是不 需要的。局部坐标系z ,Y ,z 下的单元节点力可 按下式计算 {F }一{T}{F } 4 式中,{T}为坐标转换矩阵,由图3中两组坐标轴夹 角的方向余弦组成。图中,t为截面厚度, ,是局 部坐标系z 方向垂直于焊线且位于壳体平面内的 线力N/mm,m ,是局部坐标系Y 方向相切于焊线 的线力矩Nmm/mm。 一旦按式3算得了局部坐标系下的节点力,图 3中对应的线力和线力矩可以按做功等效算得。那 么,采用线力和线力矩计算结构应力的公式可以简 单表达为 石油化工设备 2014年第43卷 一争 5 2.2 整条焊缝线结构应力计算 对真实工程结构进行建模时,沿焊缝线的单元 大小和形状都会显著变化,应力梯度也会很高。在 焊 这种情况下,式5中的线力和线力矩可以通过求解 一系列联立方程来求得。这些方程式是基于整条或 一段焊缝线上的节点方位而建立的,见图4。图中, z,Y, 为全局坐标系,z ,Y , 为局部坐标系, z 、z。为单元几何尺寸mm。 图4壳单元结构应力计算示意图 沿焊趾的单元例如单元1,单元2的 作用是用来提取总体坐标系z,Y, 下有限元解中 的线力的。通过采用式4,可以将节点力矢量旋转 到局部坐标系z ,Y ,z 下,轴Y 为沿着焊缝线的 方向。 对于线性壳单元,由做功等效或者说是节点力 沿节点位移做的功与线力在同一节点位移上做的功 相同论证可以得出如下一个用矩阵形式表示的线 性方程组,该线性方程组的具体推导过程见以下第 3节。 £1 l1 3 6 Z1 Z1Z2 Z2 6 3 6 l 一2 l 一2Z 一1 l 一1 6 3 6 Z 一l Z 一1 6 3 6 式中,, 、,2 为沿z的线力,用于式5;z 、z z 为沿焊缝的单元1、2 一1的边界 长度。 对应的线弯矩可以按同样的方式进行计算。类 似的,对于更高阶的单元,也可以得到与式6相似 的方程组。 3线性壳单元中节点力和线力的关系 用式5计算结构应力时,首先获得沿焊接接 头截面分布的线力力矩,考虑到垂直于焊缝的正 应力为焊缝裂纹产生的主要原因,故以正应力的分 布为研究对象。 假定在z ,Y , 局部坐标系下的节点1和节 点2的节点力是等效节点力,分别为F 和 ,见图 4。因为是线性单元,故单元内部的力成线性分布, 如下式所示 ,asb 7 式中, -厂为单元内部的分布力,N;a、b为待定系 数;s为以节点1为坐标原点、节点1和节点2之连 线为自然坐标轴下的坐标值。 设图4中节点1、节点2处沿 的线力分别为 , 和,2,节点1和节点2之间的长度为z ,则有 ff -----b 8 I all6 解式8得 f口一 1 把式9代人式7得 州 10 第1期 沈望ASMEⅧ一2中结构应力计算方法的由来 另记节点1和节点2两点的形函数为N 和 N ,N为形函数矩阵,则有 NIN ,N2]一1一 S,寿] 11 等效节点力和内力分布的普遍式见下式该式 由虚功原理推导而来,很多有限元教科书均有推导 过程 Pl N nf ds 12 B 式中, 为单元的等效节点力。 把式1O和式11代人式12得 [ If 式13化简后得 同理可得 厂F1] l F2 j [ ] 厂F 一1] lF j [ s 卜 l1 l 3 6 1 Z 6 3 广Z2 I 3 Z ~ 3 Z 一 6 Z 一 6 Z 一 3 14 15 16 将式14~式16集成,即可得式6。 如果焊缝线是一圈完整的封闭曲线,如接管和 简体的焊缝线,即第 1个节点就是第1个节点, 则有 匡 [ [ l Z 3 6 Z Z 6 3 将式14~式17集成,即可得 £1l 11 丁 Z1 ZlZ2 Z2 6 3 6 ●●● ●_一 6 Z 一2 Z 一21 一1 l 一1 下厂下 Z 一1 6 Z 一1Z 3 18 同理,对于沿截面的分布力矩也可作类似的推 导。对二次单元或更高阶的单元,单元的形函数是 不同的,单元内力的分布也不同,但其推导的步骤是 一样的,三维实体单元的推导原理也与此类似。 4工程意义 结构应力法的先进性是毋庸置疑的,但工程实 施比较困难,原因是目前主流的有限元软件都无法 针对每一个节点建立垂直于焊线的局部坐标系,也 就无法直接得出每个节点上基于局部坐标系的节点 力/力矩,进而无法求出规范要求的垂直于假想裂纹 平面的应力分量。 解决上述问题的途径之一是采用Dong P与 FESAFE软件公司独家开发的基于结构应力法和 断裂力学理论的VERITY疲劳分析模块进行求解。 VERITY可以作为包括ANSYS、ABAQUS、MSC 和IDEAS在内的多款有限元软件的后处理器,通过 VERITY就可以求出结构应力法所要求的结构 应力 。 实际上,目前国内并没有压力容器设计和制造 单位购买并使用VERITY模块。如果没有购买该 软件,那么可按照本文给出的推导过程手工或自编 程对ANSYS等通用有限元软件算得的结果数据进 行后处理,来获得垂直于假想裂纹平面的结构应力。 FESAFE软件中的VERITY疲劳分析模块是 全球唯一一款可计算结构应力的商业有限元后处理 软件,价格昂贵。而采用广义节点力计算结构应力 是基于结构应力疲劳评定方法的核心步骤,文中给 出的推导过程可在不使用VERITY模块的情况下 完成结构应力的计算,具有一定的工程意义。 参考文献 [1] ASMEⅧ一22OO7,Alternative Rules for Construc tion of Pressure Vessels Es]. E23 ASMEⅧ一22O1o,Alternative Rules for Construe tion of Pressure Vessels Is]. [3]ASMEⅧ一22O1la,Alternative Rules for Construe tion of Pressure Vessels rS]. [4]Dong P.Master S-N Curve for Fatigue u ation of Welded Components.WRC Bulletin 474[R]. New YorkWelding Research Council,2002. [5]Dong P.A Structure Stress Definition and Numerical Implementation for Fatigue Analysis of Welded Joints [J].International Journal of Fatigue,2011,23865 876. 第43卷第1期 2014年1月 石油化工设备 PETR0一CHEMICAL EQUIPMENT Vo1.43 No.1 Jan.2014 文章编号10007466201401004404 油气管道用大口径三通结构分析及优化 赵树炳,赵振兴,张志强,郭 磊,杜亮坡 中国石油天然气管道工程有限公司,河北廊坊065000 摘要油气管道用大口径三通通常采用拔制方式制作。在内压及管道应力的作用下,三通相贯线 部位容易产生应力集中,其内、外圆弧角对改善三通的受力状况起着重要的作用。采用ANSYS软 件中的线弹性分析方法,对三通内圆弧角半径、外圆弧角半径与最大等效应力及最大变形的关系做 了详细的分析计算,并对三通的外圆弧角半径进行了优化,有效地提高了三通的承载能力。 关键词三通;管道;圆弧角半径;受力分析;结构优化 中图分类号TQ050.2;TE973 文献标志码B d0i10.3969/j.issn.1000-7466.2014.01.010 Structure Analysis and Optimize for Larger Diameter Tee Used for Oilgas Pipeline ZHAO Shu-bing,ZHAO Zhenxing,ZHANG Zhi’qiang,GUO Lei,DU Liang-po China Petroleum Pipeline Engineering Corporation,Langfang 065000,China AbstractMost of the tee used for oilgas pipeline are made by pull,under the inner pressure and other forees from the pipeline,stress concentration will occur at the intersecting line of branch piDe and main pipe,the inner fillet and outer fillet take an important effect on the intensity of the tee.the linear elastic is used to make a detai1 study on the relationship between the fillet radius and the maximum stress and deation,then an optimization to the outer fillet is done to improved the load bearing capacity of the tee. Key wordstee;pipelinefillet radius;stress analysis;structure optimize [6] [73 [8] [9] Pingsha Dong.Verity Weld Fatigue in FE SAFE Software[J/OL].http f} .safetechnolo gy.corn,2006. Kyuba H,Dong P.Equilibriumequivalent Structural Stress Approach to Fatigue Analysis of a Rectangular Hollow Section Joint[J].International Journal of Fa tigue,2005,2718594. Marin T,Nicoletto G.Fatigue Design of Welded Joints Using the Finite Element and the 2007 ASME Div.2 Master Curve[J].Giornata IGF Forni di Sopra UD,2009,3976~84. 李向伟,兆文忠.基于Verity方法的焊缝疲劳评估原 理及验证[J].焊接学报,2010,3179-12. LI Xiangwei,ZHAO Wenzhong.Weld Fatigue As~ sessment and Verification Based on Verity 口].Transactions of the China Welding Institution, [1O2 [11] 2O1o,317912. 孙成智,曹广军。基于等效结构应力的电阻点焊疲劳寿 命预测[J].焊接学报,2011,321105109. SUN Cheng~zhi,CAO Guangj un.Fatigue Life Simu~ lation of Spot Weld Based oil Equivalent Structure Stresses[J].Transactions of the China Welding Insti tution,2011,321105-109. 王剑,兆文忠.基于结构应力法的焊接结构优化设计 [J].大连海事大学学报,2011,37212413O. WANG Jian。ZHAO Wenzhong.Structural Stress Based Optimization Design of Welding Struc ture[J].Journal of Dalian Maritime University,20 1 1, 372124130. [12]Safe Technology Limited.Verity in Fe-safev2 User- Manual[M].UKSafe Technology Limited,20085-7. 许编 收稿日期2013-0802 作者简介赵树炳1983一,男,河北廊坊人,工程师,硕士,从事压力容器、压力管道设计工作。

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