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ANSYS解读ASME分析设计规范与开孔补强

中国水利水电出版社
    【作 者】栾春远 编著 【I S B N 】978-7-5170-5515-0 【责任编辑】杨元泓 【适用读者群】本专通用 【出版时间】2017-09-01 【开 本】16开 【装帧信息】平装(光膜) 【版 次】第1版第1次印刷 【页 数】336 【千字数】520 【印 张】21 【定 价】68 【丛 书】万水ANSYS技术丛书 【备注信息】
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    第1章对CACI译2007/2013版ASMEⅧ-2:5主要译文案例的分析,包括给出规范原文难句的“语法分析”和“译文分析”,每揭示一句译文的错误,就能使译文向等效规范方向靠近一步,同时旨在提醒并防止因CACI的译文有语法错误和理解错误而继续产生误导。第2章展现ASMEⅧ-2:5的规范正文,它是学习、理解和应用规范的依据,是第3章正确解读的基础。第3章给出ASMEⅧ-2:5按分析要求设计的【规范软件初步解读】。采用ANSYS分析实例,图文并茂解读:弹性应力分析和弹-塑应力分析评定元件防止塑性垮塌、局部失效、屈曲垮塌和由循环载荷引起的失效(包插棘轮评定),极限载荷分析法评定元件防止塑性垮塌。第3章的解读,要根据第2章规范的规定。第3章完成第2章分析设计。因此,第1、2、3章是紧密关联的。第1章案例分析是首次尝试,首次应用。

    第4章给出ASMEⅧ-2:4.5在壳体和封头上开孔的设计规则。第5章给出EN 13445-3: 9在壳体上开孔。第6章给出ГОСТ Р 52857.3在内压或外压作用下壳体和封头的开孔补强、接管上外载荷作用下圆筒和球形封头的强度计算。第7章给出接管开孔补强综合分析以及实例计算结果的比较。这三个规范给出开孔补强的标准图例65个,犹如群星灿烂,最大限度地满足了工程需要。实例计算表明,从GB150转入美欧俄三个规范的计算切入点,完全解决了GB150只具有径向开孔补强的一种功能和不能做到“一孔一校”的问题。

    本书可供压力容设计、制造、检验和使用等各环节的工程技术人员参考,也可供大专院校“过程装备与控制工程”专业及相近专业的师生参考。

    本书第1章是对CACI译2007/2013版ASMEⅧ-2:5主要译文案例的分析。

    由于ASME已经表态:对该译书的任何语法错误或因对标准的误解而产生的矛盾不负责任。因此,在学习ASMEⅧ-2:5的过程中,发现该“中译本”确实存在涉及诸多方面的错误:如对原文理解有误,产生误导;对原文的语法分析有误;专业术语使用不当,造成译文错误;看错英文单词,造成译文错误;将原文削减不译,造成译文错误;软件知识欠缺,选择词义不当,造成译文错误;较多的译文是病句等等。本章仅提出155个译文案例是针对译文质量进行分析,给出相应的“语法分析”和“译文分析”,旨在提醒并防止因语法错误和理解错误而继续产生误导。在标准规范的翻译中,译文案例的分析,是首次出现、首次尝试,供读者学习规范时参考,力求规范译文正确、与原文等效。

    第2章ASMEⅧ-2:5按分析要求设计。只有规范译文正确,才能便于读者准确理解和应用规范。见第1章1.3可怕的病句(仅列几例)。这样的译文会产生不良后果。又如规范5.2.1.2(见本书2.2.1.2)“对于具有复杂的几何形状或复杂载荷工况的元件、应力分类,需要高深的知识和鉴别能力。对三维应力场,这是尤其正确的。对于分类过程可产生模棱两可的结果的场合,推荐分别应用规范5.2.3(见本书2.2.3)极限载荷法或规范5.2.4(见本书2.2.4)弹-塑性分析法”。CACI对原文“Application of the limit load or elastic-plastic analysis methods in 5.2.3 and 5.2.4, respectively, is recommended for cases where the categorization process may produce ambiguous results.”中,“the categorization process”是指“分类过程”,却译成“应力分类方法”可以产生模棱两可的结果的情况,就是将规范念歪了,造成译文的错误,导致别人也人云亦云,见第1章[10]。“应力分类方法”是弹性应力分析的基础,见规范5.2.2.2,是不会产生“模棱两可的结果”。一语道破,该译者并不懂得“模棱两可”的涵义。分类过程就是选择路径的过程,对三维应力场,可产生 “模棱两可的结果”,详见第3章。

    第3章ASMEⅧ-2:5按分析要求设计【规范软件初步解读】。国内发表这方面的文章和专著甚少。新版ASMEⅧ-2:5将规范条款和软件数值分析融为一体,用软件数值分析结果实现规范条款的规定。

    本书采用ANSYS分析实例,以同一的几何模型和有限元模型,图文并茂【解读】弹性应力分析和弹-塑应力分析评定元件防止塑性垮塌、局部失效、屈曲垮塌和由循环载荷引起的失效(包括棘轮评定),极限载荷分析法评定元件防止塑性垮塌。

    采用的材料模型有:弹性应力分析法防止塑性垮塌用弹性材料模型;极限载荷分析法防止塑性垮塌用弹性-理想塑性材料模型(屈服极限用1.5倍的许用应力);弹-塑性应力分析法防止塑性垮塌用规范附录3-D给出真实的应力应变曲线模型;弹性应力分析法防止局部失效用弹性材料模型;弹-塑性应力分析法防止局部失效用真实的应力应变曲线模型;一次循环分析法防止由循环载荷引起失效用随动强化的循环的应力幅-应变幅曲线模型;两倍屈服法防止由循环载荷引起失效用循环的应力范围-应变范围的滞回曲线材料模型;棘轮评定—弹性应力分析用弹性材料模型;棘轮评定—弹-塑性应力分析用弹性-理想塑性材料模型(屈服极限用规范附录3-D给出的真实的屈服极限)。

    在【规范软件初步解读】的过程中,本书作者的原创工作是:

    (1)从PL+ Pb+Q中分出Q的方法,回答了有关学者提出的问题“如何将等效线性化处理得到的薄膜加弯曲应力进一步分解成一次应力和二次应力则是国内外压力容器界热烈讨论的问题,目前尚无公认的结论”。

    (2)对于极限载荷分析法,规范指出“通过一个小的载荷增量不能达到平衡解,说明了这一点(该解不收敛)。”本书作者真正看到了“极限载荷的境域”,见第3章,当加载设计压力等于60.50 MPa,求解完成,ANSYS给出的应力云图,显示颜色标尺的第二档(橙黄色),由一档降为二档,Mises应力下降了,出现塑性流动和应力再分布。

    (3)采用弹-塑性应力分析,确定元件的塑性垮塌载荷时,规范也指出“通过一个小的载荷增量不能达到平衡解,说明了这一点(该解不收敛)”,当加载设计压力达到118MPa,求解完成。加载设计压力等于119MPa,ANSYS停止计算。加载为118MPa就是总体塑性垮塌载荷。这时出现总体塑性垮塌载荷的相应境域是,应力云图上出现68个节点,其Mises当量应力SMX达到了材料的强度极限552MPa。

    第4章ASMEⅧ-2:4.5在壳体和封头上开孔的设计规则。该规则的基本理论是,“最大局部一次薄膜应力法”。接管与壳体相贯区是总体结构不连续,这里的薄膜应力是局部一次薄膜应力PL。本规则就是确定最大局部一次薄膜应力,并以1.5倍的许用应力进行评定,并且必须进行“一孔一校”。

    本规范给出两条主线:其一是规范4.5.5(见本书4.5)圆筒上的径向接管,给出10个计算步骤,完成接管开孔补强设计;其二是规范4.5.10(见本书4.10)球壳或成形封头上的径向接管。其他各种位置的斜接管,均作某些参数的相应替代,然后回归到相应主线上继续计算,直至完成。

    该规则对开孔率虽然没有明确限制条件,但从公式中可发现它的实际应用的可能性。

    对于补强范围有重叠的两个接管开孔,规范给出方法计算每一单个接管LR,然后返回到主线上计算。

    第5章EN 13445-3: 9在壳体上开孔。该标准实施“压力面积法”(pressure area design method),该方法建立在保证材料提供的反作用力大于或等于由压力产生的作用力的基础上。因此,补强计算的重点是,计算应力作用面和压力作用面。该标准也规定“一孔一校”。

    该标准规定了开孔率:圆筒上接管补强的开孔,dib / (2ris)应不超过1.0;在半球形封头和其他的凸形封头上开孔,d/De应不超过0.6;用壳体补强的没有接管的开孔,开孔率为0.5。圆筒和锥壳纵截面上的斜接管,φ角不超过60°,在球壳和凸形封头上斜接管,用公式控制。

    对不满足单个开孔条件,本标准给出相邻开孔的孔间带校核和全面校核。开孔靠近壳体不连续处的距离W,必须满足标准9.7.2(见本书5.7.2)的规定:W≥Wmin。

    第6章ГОСТ Р 52857.3在内压或外压作用下壳体和封头的开孔补强、接管上外载荷作用下圆筒和球形封头的强度计算。该标准以极限平衡(极限载荷)理论为基础推导出补强计算条件:壳体和接管的多余壁厚的相应面积,加上补强圈的贡献面积≥计算壁厚下失去的净面积。必须进行“一孔一校”。

    该标准规定了开孔率:圆筒或锥壳上实现1.0;凸形封头上达到0.6;接管上有外载荷作用下,圆筒开孔率达0.8;半球形封头上达到0.6。

    当在圆筒上设置具有圆形横截面的倾斜接管时,γ(见图A.11б)不超过45°。对于椭圆形封头上非中心部位的接管(见图A.5),γ不超过60°。圆筒和锥壳纵截面上的斜接管以及对半球形封头和碟形封头球面部分的所有开孔,开孔的计算直径:dp=( d+2cs)/cos2γ。对于两个相互有影响的接管开孔,由孔桥的许用压力控制。

    第7章接管开孔补强综合分析。给出实例计算结果汇总一览表,三个规范开孔补强功能对比分析。

    第4~6章,均给出概述,标准正文,从GB150转入三个标准规范的计算切入点,实例计算,小结和原文难句分析。

    三个开孔补强规范中给出标准图例共65个,犹如群星灿烂,最大限度地满足了工程需要,设计人员通过计算,完美地设计出精彩的压力容器产品,也实现了最高的设计享受。

    在开孔补强标准方面,美欧俄三个规范,实施三种完全不同的基本理论,形成三足鼎立的局面,任何其他国家压力容器的开孔补强标准无法比拟,这是不容置疑的。

    由于作者水平有限,对书中的错误,敬请专家学者和广大读者给予批评和指正。

    作 者

    2017年4月

    第1章 对CACI译2007/2013版 ASMEⅧ-2:5
    主要译文案例的分析 1
    第1节 概述 1
    1.1 对翻译的认识 1
    1.2 自造词 1
    1.3 可怕的病句 3
    1.4 译文案例的概况 5
    第2节 主要译文案例的分析 9
    第3节 小结 84
    参考文献 85
    第2章 ASMEⅧ-2:5按分析要求设计 86
    第1节 概述 86
    第2节 标准正文 86
    2.1 一般要求 86
    2.2 防止塑性垮塌 88
    2.3 防止局部失效 93
    2.4 防止屈曲垮塌 94
    2.5 防止由循环载荷引起的失效 95
    2.6 接管颈部应力分类的补充要求 107
    2.7 螺栓的附加要求 108
    2.8 管板的附加要求 109
    2.9 多层容器的附加要求 109
    2.10 实验应力分析 109
    2.11 断裂力学评定 109
    2.12 定义 109
    2.13 符号 111
    2.14 表 115
    2.15 图 124
    附录2-A 应力线性化结果用于
    应力分类 125
    附录2-B 循环图的设计和疲劳分析的
    循环计数 136
    附录2-C 用于弹性疲劳分析的交变塑性
    修正系数和有效的交变应力 139
    附录2-D 应力指数 144
    参考文献 149
    第3章 ASMEⅧ-2:5按分析要求设计
    【规范软件初步解读】 150
    第1节 概述 150
    第2节 【规范软件初步解读】 151
    3.1 ANSYS解读用的分析实例 151
    3.2 弹性应力分析法防止塑性垮塌 153
    3.3 极限载荷分析法防止塑性垮塌 162
    3.4 弹-塑性应力分析法防止塑性垮塌 165
    3.5 弹性应力分析法防止局部失效 167
    3.6 弹-塑性应力分析法防止局部失效 168
    3.7 防止屈曲垮塌 173
    3.8 疲劳评定-弹性应力分析和
    当量应力 177
    3.9 疲劳评定—弹-塑性应力分析和
    当量应变 181
    3.10 棘轮评定—弹性应力分析 186
    3.11 棘轮评定—弹-塑性应力分析 187
    第3节 小结 188
    参考文献 190
    第4章 ASMEⅧ-2:4.5在壳体和封头上开孔
    的设计规则 191
    第1节 概述 191
    第2节 标准正文 191
    4.1 应用范围 191
    4.2 各种接管的尺寸和形状 191
    4.3 接管连接的方法 192
    4.4 接管颈部最小厚度要求 193
    4.5 圆筒上的径向接管 193
    4.6 圆筒横截面上的山坡接管(hillside
    nozzle) 196
    4.7 圆筒纵截面上与纵轴中心线成某一
    角度的接管 197
    4.8 锥壳上的径向接管 197
    4.9 锥壳上的接管 198
    4.10 球壳或成形封头上的径向接管 198
    4.11 成形封头上的垂直接管和
    山坡接管 202
    4.12 平盖上的圆形接管 203
    4.13 对接管间距的要求 204
    4.14 接管连接焊缝的强度 204
    4.15 壳体和成形封头的接管上由外载荷
    产生的局部应力 207
    4.16 检查开孔 207
    4.17 承受压缩应力的开孔补强 208
    4.18 符号 209
    4.19 表 212
    4.20 图例 213
    第3节 从GB150转入本规范的计算
    切入点 219
    第4节 实例计算 220
    第5节 小结 229
    第6节 对CACI译2007/2013版ASMEⅧ-
    2:4.5 主要译文案例的分析 231
    参考文献 235
    第5章 EN 13445-3:9在壳体上开孔 236
    第1节 概述 236
    第2节 标准正文 236
    5.1 应用范围 236
    5.2 本条定义 236
    5.3 专用符号 237
    5.4 一般规定 240
    5.5 单个开孔 248
    5.6 多个开孔 260
    5.7 开孔靠近壳体不连续处 267
    第3节 从GB150转入本标准的计算
    切入点 271
    第4节 实例计算 272
    第5节 小结 278
    第6节 原文主要的难句分析 281
    参考文献 282
    第6章 在内压或外压作用下壳体和封头的
    开孔补强 接管上外载荷作用下圆筒和
    球形封头的强度计算 283
    第1节 概述 283
    第2节 标准正文 284
    1 应用范围 284
    2 引用标准 284
    3 符号 284
    4 一般规定 286
    5 内压或外压下的开孔补强计算 287
    6 接管上的外部静载荷作用下圆筒和
    球形封头的强度计算 293
    附录A 298
    第3节 从GB150转入本标准的计算
    切入点 307
    第4节 实例计算 307
    第5节 小结 315
    第6节 主要的难句分析 318
    参考文献 319
    第7章 接管开孔补强综合分析 320
    第1节 实例计算结果一览表 320
    第2节 开孔补强功能对比分析 321
    第3节 展望 324
    参考文献 325





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