组合载荷产生的应力

文摘   科技   2023-11-30 16:03   山东  

图1

立式压力容器受到横向载荷,例如风和用户定义的载荷,实际上是一个悬臂梁。施加的力产生弯矩,导致容器壳体或裙座的轴向或纵向应力。其他轴向应力是由内部/外部压力和相应截面上方的容器重量产生的。这就是我们要分析的容器。我们鼓励您在PV Elite中建造这台容器。

使用 ‘Load Cases’ 选项, 删除所有载荷工况,如下:

图2

我们将在稍后介绍这些符号的意义

注意⚠️ 在图1中,既有用户定义的风荷载,也有上部壳体顶部的侧向荷载。当我们把分析范围限定在裙座的底部时,你会看到“基准面”这个词。我们还需要考虑基准线上方容器的重量

Weight Summary:



回到图1,计算每段壳体上的力。风压1500 Pa, 或0.0015 MPa;力作用于每段的质心,用圆点表示。风力就是风压乘以每段的面积。记得将所有元件的“风直径乘数”设置为1.0。

首先,我们单独计算风产生的力和弯矩,见图1
每段筒体产生的推力:



每段壳体产生的弯矩:



裙座底部承受的总弯矩:



‘风/地震剪力 弯矩’ 报告给了我们一些信息:


 The following table is for the Operating Case.


Wind/Earthquake Shear, Bending



红色字体可以看出裙座底部的风弯矩,它非常接近上述手算的风弯矩。

现在我们来施加 2000 N 的横向力作用在5000高度:



在 ‘用户定义的力和弯矩报告中, 裙座底部的弯矩见如下红色字体



Bending Moments due to user defined forces and moments.

User Force/Moment Shear and Bending

在我们进一步讨论之前,让我们看一下作为受弯矩影响的悬臂的容器



壳体的一侧承受拉应力,另一侧承受压应力(顺风)。这个力矩产生了拉应力和压应力。拉伸和压缩在大小上是相等的,但一个是拉伸的,另一个是压缩的。

基于基本的梁理论,弯矩会引起轴向力,如下是公式



首先,我们看看PV Elite导出的截面模量。这可以在“纵向应力常数报告”中找到

Longitudinal Stress Constants:



回到图2中那些神秘的符号,第一个符号WI表示仅由风荷载引起的轴向或纵向应力。如上应力计算为±6.48 MPa。现在转到“由于组合荷载的应力:”报告,你会看到风荷载的报告,就像上面计算的那样。

Analysis of Load Case 1 : WI



裙座底部的应力显示为红色字体。它的一边是拉伸的,另一边是压缩的。

现在我们考虑来自内部压力的轴向应力,或纵向应力。

计算主壳平均直径:



内压产生的纵向力为:



纵向应力作用的壳体截面面积为:



内压产生的纵向力可以计算了



表示壳体内压力的轴向力的符号是IP。在“由于组合荷载的应力:”报告中,这里是主壳体的轴向应力:

表示壳体内压力的轴向力的符号是IP。在“由于组合荷载的应力:”报告中,这里是主壳体的轴向应力:



裙座因承受设备自重产生的压缩应力



裙边底部的轴向应力由它所支撑的容器的重量表示,符号OW表示操作重量。如下结果是“由于组合荷载的应力“报告:



如果您查看允许拉伸应力列,这些应力范围从140.66 MPa (WI, oW和BW)到117.22 MPa (IP)。我们先看看140.66 MPa的应力:

SA-516 70材料在100°C时的许用应力为138 MPa。由于风荷载WI和弯曲应力BW与风荷载相结合,它们被视为偶然性荷载,这意味着应力可以增加1.2倍,如ASME VIII, Division 1在UG-23(d)中所讨论的那样。然而,我们有一个环缝焊接接头系数E = 0.85(见图1)。

许用应力为:



在内部压力IP的情况下,这是一个持续的负载,不乘以1.2偶尔因子。对于IP,许用应力为:



允许轴向压应力是多少?这在ASME VIII, Division 1 section UG-23(b)中进行了处理。这是一个图形解决方案,要求ASMEII-D(公制)。这是UG-23的应变方程:



依据UG-23,我们使用ASME Section II - Part D(metric)中的图表(图CS-23)来确定允许的压应力B:



该图显示的许用压应力值约为87mpa。这是IP的值-即使载荷是拉伸的:



在风荷载的情况下,该风荷载被视为偶然荷载。UG-23(d),应力可以乘以1.2倍。1.2 × 85.05 =102.07 MPa。即报告OW中的许用压应力: 










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