欧盟压力容器标准EN13445分析设计标准概述.ppt

欧盟压力容器标准EN13445分析设计标准概述前言1欧盟对当前分析设计的考虑1.1应力分类法（弹性方法）的现状与问题基于应力分类法（弹性方法）的分析设计要求将应力分类成一次应力、二次应力和峰值应力再根据各类应力对承压设备失效的危害性的差异采用不同的设计准则加以限制。有限元分析是基于弹性理论而不是薄壳理论得到应力数值解如何将这些应力数值解分类成一次应力和二次应力并进行评定就非常困难。在过去的40多年中分析设计标准所涉及的分析设计方法未作原则上的调整和修改。同时应力数值解的评定未作十分明确规定。如何对应力进行分类就成为分析设计重要的工作之一。早期的应力分类方法主要是等效线性化处理法包括：点处理法、线处理法和面处理法。后来相继提出了广义的局部应力应变节点重新分布法、弹性补偿法和一次结构法等。分析设计最初引入时在承压设备设计中主要的分析方法是薄壳不连续分析它是基于薄壳理采用有限元法进行承压设备响应分析计算后由于有限元分析是基于弹性理论而不是薄壳理论得到应力数值解除壳体特别薄以外应力沿壁厚呈非线性分布。以Hechmer和Hollinger等为代表的美国压力容器研究委员会（PVRC）开展了三维应力数值解评估技术研究但难以取得突破性进展。究其原因是迄今为止仍未解决以下几个问题：应力分类线或面如何选择哪些应力分量应当线性化三维有限元分析中的应力如何线性化1.2直接方法（非弹性方法）的现状与问题1.2.1极限分析极限条件往往又是非线性的。因此只有比较简单的问题如轴对称结构的简单容器、环板才能求得其极限载荷。由于塑性理论模型的复杂及解非线性方程的困难到目前为止对一些复杂的结构还无法求出极限载荷的解析解。随着有限元技术和数学规划方法的发展近二十年来极限分析的数值方法获得了迅速发展。目前已建立了多种有关的算法格式除弹塑性有限元中的逐步加载法外大多数格式主要是根据有限元法和数学规划法相结合而建立的。为了克服弹塑性增量有限元法的困难提出了许多求极限载荷的简化分析方法：R.Seshadri提出的广义的局部应力应变节点重新分布法[GLOSS]与真实的极限载荷差别较大D.Mackenzie和J.T.Boyle首先提出的弹性补偿法求得极限载荷的值比用弹塑性分析求得的值小11%~20%其准确性受网格密度和单元阶的影响非常大数学规划法理解比较困难有限元程序的编写也困难1.2.2塑性分析（1）双切线准则该准则是由Save提出的。该准则的不足之处是切线交点不位于载荷—变形曲线上根据此准则确定的塑性载荷是通过外推的方法（2）1%塑性应变准则该准则是由Townley等提出的。用该准则确定承压设备的塑性载荷与所选承压设备的测量点的位置关系极大。（3）两倍的弹性变形准则ASME锅炉压力容器规范第VIII篇1974年版曾采用该方法作为设计准则。求出来的塑性载荷误差比较大。（4）两倍的弹性斜率准则自1975年至今ASME锅炉与压力容器规范一直采用的准则。的分散性。但多数情况下塑性载荷值偏于保守。Kirkwood和Moffat对受内压作用的直径相等的三通结构进行了极限载荷的计算得出对于给定的结构按两倍的弹性斜率准则得到的塑性载荷是不确定的。ArtursKalnlns和DeanP.Updike对承受内压作用的锥形封头、碟形封头与球冠形封头进行了塑性分析认为：对同一构件当选用不同的载荷—应变（或变形）曲线时按两倍的弹性斜率准则确定的塑性载荷误差最大。（5）0.2%残余应变准则该准则曾经被ASME1971年版采用。在由实验确定载荷—最大应变曲线时由于最大应变不易直接测出故此法实用性并不强。（6）Demir&Drucker准则Demir和Drucker于1963年建议取实验极限载荷为实际位移等于弹性响应变形（即假设材料仍为初始弹性响应时的变形）的三倍时的载荷。此定义的实质就是三倍弹性斜率准则。（7）三倍弹性变形准则Schroeder将弹性响应的变形取为切线交点变形并定义塑性载荷为载荷—变形曲线上测定变形等于3倍弹性变形时的载荷。（8）塑性功准则该准则是由Gerdeen于1979年提出的。他建议参数选择原则是：载荷参数与相对应的变形参数的乘积表示功例如：力和位移、弯矩和转角。这时载荷—变形曲线下的面积就表示载荷对容器所做的功总的功由弹性功和塑性功组成。塑性功可以用来判断在确定塑性载荷时的变形参数。9）零曲率准则该准则是由陆明万教授等提出的作为对双切线准则的改进。是一个不含任何人为系数的准则。上面提到的确定塑性