外压圆筒小加强圈设计的改进方法

单一规格的加强圈按ASME BPVC.Ⅷ.2的设计方法得出的尺寸可能会出现与按常规设计标准设计相差较大的问题;按ASME BPVC.Ⅷ.2的设计方法,还可能会出现设计外压不变时,原设计合格的小加强圈惯性矩会因圆筒额外加厚反而变成不合格的情况。为克服上述不合理性,提出一种基于设计外压的改进方法。基于“简化傅里叶级数法”模型,给出了一种优于“一致模态法”且能较好预测带加强圈圆筒临界屈曲压力的数值模拟方法(IM-F-GMNIA法),该模拟方法的计算结果与实物试验吻合良好。采用IM-F-GMNIA法进行了23组数值模拟试验,模拟了多种加强圈大小和数量、多种径厚比和长径比的带加强圈圆筒屈曲情况;较系统地考察了去除加强圈后的圆筒的屈曲波数n分别为2和5(代表长圆筒和短圆筒)且屈曲临界压力与屈服压力比ξ为0.22~1.09(涵盖弹塑性范围)的情况下,对比因子β(改进方法的设计裕度与ASME BPVC.Ⅷ.2的可接受设计裕度之比)与因子η(表征设计外压变化)的关系。结果表明,所提出的基于设计外压的改进方法,加强圈惯性矩与设计外压直接关联,该改进方法设计裕度将不低于ASME BPVC.Ⅷ.2方法的可接受设计裕度,且较ASME BPVC.Ⅷ.2方法更为合理。

带小加强圈外压圆筒设计方法的比较与讨论

比较与讨论ASMEⅧ-2,API Bulletin 2U和EN 13445-3规范中带小加强圈外压圆筒设计方法的异同点。引用文献中失效形式为整体屈曲的带小加强圈外压圆筒的试验数据,并以此为算例,得到临界压力的试验值与按各规范求得的许用外压的比值(称为安全裕度)。分析结果表明,各规范的安全裕度大多数小于3.0,其中按ASMEⅧ-2规范计算得到的安全裕度的平均值为2.77,标准差为1.44;根据API Bulletin 2U计算得到的安全裕度的平均值为2.84,标准差为0.35;根据EN 13445-3计算得到的安全裕度的平均值为2.21,标准差为0.42。