1.建立载荷工况清单
在压力容器设计校核里,首要的任务是确定相关的安全载荷以及必须考虑的相关安全载荷组合。因为在预期的条件下,这些载荷可能同时发生,另外,需要指定上述载荷的加载次序。
其次,在确定相关的失效模式和设计校核要求后,需要确定载荷的特征值和载荷的特征函数。例如,在总体塑性变形设计校核(GPD-DC)、疲劳设计校核(F-DC)和蠕变设计校核中,压力载荷的上限特征值可能是不同。
最后,根据相关的设计校核,确定这些载荷工况下相应的部分安全系数。
这样,就得到了载荷工况清单,包括与给定的设计校核相关的载荷值、载荷函数以及所有的部分安全系数等。
一个载荷工况是包括在某一载荷工况中的不同(与设计校核相关)子工况还是指定为不同的载荷工况,不仅取决于设计者的经验,而且也与载荷工况的复杂性有关。
适当地选择载荷工况子工况,对于设计校核非常方便。例如:NOLC3.2表示正常操作载荷工况3的第二个子工况。在实际校核中,常常将子工况同设计校核的次序关联起来,例如,1表示GPD-DC总体塑性变形设计校核,2表示PD-DC渐增塑性变形设计校核等。
这一步还应当考虑是否包括了所有的强制性校核,以及是否还要进行其他设计校核。并不是所有的数据都要一一列入载荷工况清单。在理想载荷工况清单中,有些与法定要求相关联的数据,如最大许用压力、最大许用温度等,就不需要列入。
2.建立设计校核表
在所有的设计校核中,建议准备一张设计校核表,即相关的载荷工况和设计校核表。这张表根据步骤1的载荷工况清单来确定。表6-9是操作温度为环境温度,在内压和风载荷作用下带裙座储存容器的设计校核表。
表6-9 某储存容器的设计校核矩阵
在表6-9中:
载荷工况标识符1表示:容器充满介质,作用压力为最大内压,不考虑风载荷。
载荷工况标识符2表示:容器内无介质,真空状态,不考虑风载荷。
载荷工况标识符3表示:容器内无介质,真空状态,考虑风载荷。
载荷工况标识符4表示:容器充满介质,作用压力为最大内压,考虑风载荷。
载荷工况标识符5表示:操作时压力和液位波动。
载荷工况标识符6表示:水压试验。(www.xing528.com)
其中,载荷工况1~4和6对应于两个设计域的顶点,一个对应正常操作载荷工况,另一个对应压力试验载荷工况。
从表6-9可以清楚地看出,当考虑的载荷作用多于两种时,设计校核表格是非常复杂的。
所谓的载荷不相关性,是指任何载荷只存在一个最大值,而没有两个或者多个与其他载荷域相关的最大值。对于n个没有相关性的载荷,存在2n个不同的载荷极值组合,即设计域由2n个顶点来确定。
这里考虑的工况包括了压力、流体静压头和风载荷这三类载荷最大值和最小值的八种组合工况,而表6-9的设计校核表只包括了四种工况。未包括的四种组合工况为:
1)容器内无介质,作用压力为最大压力,考虑风载荷。
2)容器内无介质,作用压力为最大压力,不考虑风载荷。
3)容器充满介质,真空状态,考虑风载荷。
4)容器充满介质,真空状态,不考虑风载荷。
之所以未列出以上这四种组合工况,是因为其相应的设计校核包括在了表中所列出工况的设计校核中。载荷工况NOLC1.1、1.2和NOLC2也可以免除,但是对于压力容器而言,压力是一种非常特殊的载荷,所以有必要保留仅包括压力和温度的载荷工况,以便于按照常规设计计算的结果进行对比分析。
3.建立设计模型
设计模型是针对设计校核和载荷工况建立的,一般来讲,模型的几何形状只对特定的设计校核,即同一设计校核的所有载荷工况的设计模型相同。设计模型的本构关系类型同样也只对特定的设计校核,但是材料参数通常与载荷工况有关。设计模型的近似数学类型,是采用小变形理论、大变形理论还是几何非线性理论,在大多数情况下仅与设计校核有关,但是也可能与载荷工况有关。
4.进行校核
这一步是研究设计模型对设计载荷的响应,并按要求进行校核,即校核其是否满足设计校核原理或者应用准则要求。从理论上讲,特别是从设计者的角度来讲,由于这一步是研究操作状态下结构零部件的行为,因而受到了高度的关注。
大多数设计校核都作为原理直接给出,而应用准则另外给定。使用原理是进行设计校核最直接的方法,它给出了绝大部分信息,但是采用应用准则进行设计校核往往比较方便快捷。
对于同一设计校核的所有载荷工况,模型的几何形状、材料本构关系、数学模型常常是不变的。在实际工作中,首先对同一设计校核的所有载荷工况进行研究,即对某一设计校核的所有载荷工况依次进行研究后,再进行下一个设计校核。即使在不同的载荷工况,材料参数不同,数学模型也不同,但可以使用同一模型,充分体现了模型相似的好处。对每一个载荷工况的设计校核情况都要有明确的结论。
5.结论
对设计载荷工况清单里所有载荷,按照设计校核原理进行校核后,要给出明确的结论,相关人员需要签字认可。实践表明这一步是不可或缺的,对于设计校核中偏差的修正有重要意义。
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