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WRC107,WRC297,EN13445在筒体上局部应力计算的比较

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局部应力计算方法的对比研究_下

局部应力计算方法的对比研究_下

中图分类号: TQ050. 2
文献标识码: A
文章编号: 1009-3281( 2008) 05-0006-07
Comparison and R esearch ofM ethods for Calculating L ocal Stresses( )
Q IN Shu- jing1, W ANG Q i2
有限元方法计算得到的结果在关于横向力对壳 体应力的影响方面在一定程度上支 持了以上的分 析。使用表 4中的结构 1、5、6, 对它们都只分别作 用一个横向力, 该横向力的大小与对这几个结构作 用的沿接管轴向力一样数值, 计算结果如表 6。
表 6 球壳与接管连接结构作用横向力 产生的应力
结构序号 方法 横向力 /N 膜应力 /M Pa 表面应力 /M Pa
摘 要: 在压力容器设计中经常需要考虑管道通过接管而施加于 设备上的 力和力矩, 这些外 力和外力 矩会在容器 与接管连接的局部区域产生高应 力, 从而有可能使得 该区域 的强度 不够而 使容器 失效。长期 以来, 工程中 计算局 部应力最常用的方法为 W RC 107和 W RC 297公报中提供的方法。 当超出这两 个方法的范 围时, 一般会采 用有限 元分析的方法。在 2002年颁布的欧盟压力容器设计标 准 EN 13445中, 提供了 另一种局部 应力计算 方法。在这些 方法重叠的适用范围内, 设计人员可以自行确定选用 哪一个 方法。通过 对这四 种方法 计算结 果的对 比, 分 析这些 方法在工程应用中的安全性和经 济性, 以给设计人员 在方法 选择时 提供参 考。通过对 大量算 例的结 果比较, 可以 确定, EN 方法的结果作 为壳体强度评定的依据是足够安全的, 但不能 作为接 管强度 评定的 依据; W RC 297方法的 应力计算结果一般总是偏于保守 ; 而 W RC 107方法的结果, 一方面没 有给出接管 的应力, 另一方 面, 在 大部分情况 下, 计算得到的壳体应力往往偏小。从理论上讲, 用有限元方法可以得到最可靠的应 力分析结果, 但该 方法相对其 他方法而言, 总是更费时费力。因此, 通过 分析, 对给定的壳体与接管连接结构及 载荷工况下 如何合理 选择另外三 种方法中的一种给出了 一些推荐意见, 从而使得在保证安全的前提下, 可以降低综合设计成本。 关键词: 局部应力; 计算方法; 强度条件; 作用力和力矩

WRC107,WRC297,EN13445在筒体上局部应力计算的比较

WRC107,WRC297,EN13445在筒体上局部应力计算的比较

WRC107，WRC297，EN13445在筒体上局部应力计算的比较一、力学模型和适用范围：1、WRC107：- 筒体上的实心圆柱体、矩形附件和方形附件受外加机械载荷；- 球壳上的接管、实心圆柱体和方形附件受外加机械载荷；- 筒体与圆柱体连接结构的适用直径比d/D ≤ 0.5；- 球壳与接管连接结构的适用直径比d/D ≤0.375；注：准确的说不是0.5而是0.496，见WRC107公报。

这个还有筒体直径和璧厚比值的限制：璧厚和球形封头中径的比值≤ 236；璧厚和筒体中径的比值≤230。

但不知道什么原因软件按中都用的是0.5，或者是我看标准不够认真看错了。

HG20583上球壳与接管连接结构的适用直径比d/D ≤0.5，也应该是0.496而不是0.375见WRC107公报，或许我看错了。

2、WRC297：- 筒体上接管受到外加机械载荷；- 接管与筒体的直径比d/D ≤0.5。

3、EN13445中局部应力计算方法，其适用范围：球壳与接管连接结构: 0.001 ≤ de /R ≤ 0.1；筒体与接管连接结构: 1) 0.001 ≤de /D ≤0.1。

二、壳体上薄膜应力的比较：1、WRC107方法：薄壁管结构或接管壁厚与筒体壁厚相当时，膜应力计算结果偏小；仅当接管壁厚大于筒体壁厚时，计算结果才偏安全；2、WRC297方法：不能得到确定的结论，但得到的膜应力或接近，或大于有限元方法的结果；3、EN13445 方法：将有限元方法得到的膜应力除以1.5倍许用应力后与EN13445方法得到的载荷比相比，EN13445方法的结果其安全裕量总是大于有限元方法的结果。

三、壳体上表面应力：1、WRC107方法：-薄壁管结构，该方法的计算结果偏小；-当接管壁厚与筒体壁厚相当或接管壁厚大于筒体壁厚时，在弯矩作用下，计算结果偏安全；- 在轴向力作用下，计算结果也偏小；2、WRC297方法：该方法的计算结果在绝大多数情况下大于有限元方法的结果；3、EN13445 方法：该方法的结果总是大于有限元方法的结果；在弯矩作用工况下，该方法与有限元方法的结果之比有可能大于2.0。

SW6局部应力计算

SW6局部应力计算

SW6局部应力计算
SW6局部应力计算方法有：WRC107、WRC297、EN13445、
CSCBPV-TD001-2013
适用范围如下：
1、WRC107：
a. 筒体上的实心圆柱体、矩形附件和方形附件受外加机械载荷，仅适
用于支座、吊耳等附件所引起的局部应力计算，仅计算筒体上的应力；
b. 球壳上的接管、实心圆柱体和方形附件受外加机械载荷；
c. 筒体与圆柱体连接结构的适用直径比do/Dm ≤ 0.5；
d. 球壳与接管连接结构的适用直径比Dm/T>55，dm/Dm ≤1/3；
Dm/T=20，dm/Dm ≤0.17；
2、WRC297：
a. 筒体上接管受到外加机械载荷，可计算筒体和接管应力；
b. 适用条件：do/Dm≤0.5，2500≥Dm/T≥20，100≥do/t≥10，do/T≥5。

c. 接管边缘到其他应力不连续区域距离：筒体L≥2√(DmT)；接管L≥2√(dot)
3、EN13445：
a. 球壳和筒体上接管受到外加机械载荷；
b. 未考虑与接管轴向垂直平面内的横向剪力和绕接管轴向的扭矩；
c. 球壳与接管连接结构: 0.001 ≤ T/Rm ≤ 0.1；
d. 筒体与接管连接结构: 0.001 ≤T/Dm ≤0.1，dm/√(DmT)≤10
4、CSCBPV-TD001-2013：
a. 筒体上接管受到外加机械载荷，可计算筒体和接管应力；
b. 平齐接管
c. 先按GB/T150.3的6.6进行分析法补强设计，适用范围满足GB/T150.3的6.6.1
d. 适用条件：dm/Dm≤0.9，dm/√(DmT) ≤12，max{0.5,dm/Dm}≤t/T≤2。

欧盟压力容器标准EN13445常见问题

欧盟压力容器标准EN13445常见问题

欧盟压力容器标准EN13445常见问题一、EN13445概况问：欧盟这部压力容器标准是什么时候颁布的？答：这部标准其编号是EN 13445：2002，其英文版是2003年2月5日颁布的。

问：这部标准与欧盟压力设备指令PED的关系是什么？答： EN 13445: 2002是强制性法规压力设备指令 (PED, 93/27EC, 1999-11-29生效;2002-05-30强制执行) 的配套技术标准, 也叫做欧洲标准 (EN STANDARD)，也叫做协调标准或谐调标准（HARMONIZED STANDARD）。

问：根据PED的规定，欧盟的各个成员国必须把PED转化为本国的法规。

请问，对于这一技术标准是否也要转化为本国的技术标准呢？答：是的。

根据PED的要求 (见PED ARTICLE 20) 欧盟成员国应在1999年5月29日前将PED 转化为按照本国立法程序立法的法律 (LAW)、监察规程（REGULATION）或行政管理规定（ADMINISTRATIVE PROVISIONS）；各成员国应当与PED同步，在1999-11-29将这些法律、规程和行政管理规定付诸实施。

例如:英国将PED转化后, 叫做《1999压力设备监察规程》(THE PRESSURE EQUIPMENT REGULATION 1999)。

（转化的过程并非全盘照抄，而是在保持与PED一致的前提下，删掉PED中对成员国政府部门自身职责和成员国相互法律接口的部分，在编辑上进行了调整，并增加了英国自己的要求，例如：对违法的处罚条款等，把PED原有的27章7个附录减缩到7章6个附录。

）同样，EN 13445虽然是以英、法、德三种语言发表，而以英语为母语，各成员国也应将EN 13445:2002转化为本国语言的技术标准, 例如: 英国转化后叫做欧洲标准BS EN 13445；德国转化后叫做欧洲标准DIN EN 13445。

问：这里所介绍的EN 13445是否也是根据转化的标准呢？答：这里所介绍的 EN 13445，其取材来源主要以BS EN 13445和 DIN EN 13445为主，还有介绍这些标准的有关文献。

WRC107,WRC297,EN13445在筒体上局部应力计算的比较

WRC107,WRC297,EN13445在筒体上局部应力计算的比较

WRC107，WRC297，EN13445在筒体上局部应力计算的比较一、力学模型和适用范围：1、WRC107：- 筒体上的实心圆柱体、矩形附件和方形附件受外加机械载荷；- 球壳上的接管、实心圆柱体和方形附件受外加机械载荷；- 筒体与圆柱体连接结构的适用直径比d/D ≤ 0.5；- 球壳与接管连接结构的适用直径比d/D ≤0.375；注：准确的说不是0.5而是0.496，见WRC107公报。

这个还有筒体直径和璧厚比值的限制：璧厚和球形封头中径的比值≤ 236；璧厚和筒体中径的比值≤230。

但不知道什么原因软件按中都用的是0.5，或者是我看标准不够认真看错了。

HG20583上球壳与接管连接结构的适用直径比d/D ≤0.5，也应该是0.496而不是0.375见WRC107公报，或许我看错了。

2、WRC297：- 筒体上接管受到外加机械载荷；- 接管与筒体的直径比d/D ≤0.5。

3、EN13445中局部应力计算方法，其适用范围：球壳与接管连接结构: 0.001 ≤ de /R ≤ 0.1；筒体与接管连接结构: 1) 0.001 ≤de /D ≤0.1。

二、壳体上薄膜应力的比较：1、WRC107方法：薄壁管结构或接管壁厚与筒体壁厚相当时，膜应力计算结果偏小；仅当接管壁厚大于筒体壁厚时，计算结果才偏安全；2、WRC297方法：不能得到确定的结论，但得到的膜应力或接近，或大于有限元方法的结果；3、EN13445 方法：将有限元方法得到的膜应力除以1.5倍许用应力后与EN13445方法得到的载荷比相比，EN13445方法的结果其安全裕量总是大于有限元方法的结果。

三、壳体上表面应力：1、WRC107方法：-薄壁管结构，该方法的计算结果偏小；-当接管壁厚与筒体壁厚相当或接管壁厚大于筒体壁厚时，在弯矩作用下，计算结果偏安全；- 在轴向力作用下，计算结果也偏小；2、WRC297方法：该方法的计算结果在绝大多数情况下大于有限元方法的结果；3、EN13445 方法：该方法的结果总是大于有限元方法的结果；在弯矩作用工况下，该方法与有限元方法的结果之比有可能大于2.0。

《WRC—297号公报》的计算方法简介

《WRC—297号公报》的计算方法简介

《WRC—297号公报》的计算方法简介
苏阳
【期刊名称】《化工设备设计》
【年(卷),期】1990(000)002
【摘要】美国焊接研究协会<简称WRC)于1984年发表了第297号公报作为107号公报的补充,用于取代107号公报的接管上外载荷在圆筒形壳体中引起的局部应力的计算。

化工部设备设计技术中心站于86年发行了WRC-297公报的中释本。

我国压力容器标准化委员会在应力分析篇中将其作为推荐件附录收入其中。

为此,我们编制了该内容的软件。

【总页数】4页(P12-15)
【作者】苏阳
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TH49
【相关文献】
1.浅谈运用 WRC107计算圆筒局部应力的技巧 [J], 杨夫裕;梁新文
2.WRC107总应力强度计算的适用性研究 [J], 郭小联;孔帅
3.PWRCPS-PWR临界计算程序系统 [J], 杨顺海;张棣芳
4.《WRC297公报》中接管力矩载荷的刚度系数误差分析 [J], 袁浩
5.基于 WRC 297公报方法对接管外载荷作用下局部应力的计算和分析 [J], 胡耀坤;唐永飞;王宏斌
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WRC

WRC107与WRC297的区别
1．只计算筒体表面应力和筒体的薄膜应力用WRC107，不能反映接管壁厚变化对壳体应力的影响。

计算筒体表面应力和筒体薄膜应力+接管的表面应力和接管的薄膜应力用WRC297
2．WRC 107可以计算封头和筒体上的局部应力;而WRC 297只能计算筒体上的应力。

3．WRC 107计算的接管和筒体直径比d/D<0.33; 而WRC 297可以到d/D<=0.5
4．接管壁厚较薄时，结构破坏的可能位置（最大应力点）是在靠近连接处的接管上，在这种情况下，WRC107计算的结果可能不可靠。

5．WRC297大部分情况大于有限元分析的结果，特别是在薄管壁的情况下，WRC297比有限元分析的结果更保守。

使用WRC297慎用特别是结果超出常规的情况下，建议改为Nozzle/Pro计算。

6．WRC297主要考虑的参数是
tt--------接管厚度
t---------筒体厚度
dm------接管中径
Dm------筒体中径
7．对计算如下原则
①：柱壳接管局部应力的计算优先用WRC 107，且接管尽量与壳体等厚，超出范围或客户要求时按WRC297。

WRC297超出范围或WRC297计算结果不满意时用Nozzle/Pro 进行计算。

②：其他附件的计算，优先应用WRC 107进行计算，若应用WRC 107因超界无法进行计算时，则需要应用有限元分析软件Nozzle/Pro 进行计算。

③：当采用WRC 107或WRC297不通过时或结果不满意时，为了降低成本不愿增加筒体厚度时，可采用有限元分析软件。

8．应力分类强度条件。

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压力容器接管许用外荷载值的探讨

N)、最 大 允 许 平 面 内 力
矩 M Y,max(
Nm)和 最 大 允 许 平 面 外 力 矩 M X,max
(
Nm);
３)分 别 计 算 管 道 应 力 专 业 提 供 的 实 际 的
接管 外 荷 载 值 与 上 一 步 计 算 的 最 大 允 许 外 荷 载
值的比值,并 将 这 些 荷 载 比 值 限 制 在 一 定 范 围
作者简介:张军文,男,
２００８ 年 毕 业 于 北 京 化 工 大 学 化 工 机
械专业,工学硕士,主要从事管道设计和管 道 应 力 分 析 工 作,
高级工程师,已发表论文 ７ 篇.
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石 油 化 工 设 备 技 术
３)对于国外项目,业主给定的接管外荷载值
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１００６－８８０５．
２０２１．
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在 石 化 装 置 中,压 力 容 器 通 过 管 道 相 连 接.
管道与容器接管相互影响,相互作用,产生相互作
设备设计及降低设备的成本,但是配管难度较大,
用力和力矩.这种力和力矩将在容器接管的连接
的要求,如果反复计算及相互确认始终无法通过,
之内;
４)计算轴向力 FZ (
N)、压 力 P (MPa),平 面
内力矩 M Y 以及平面外力矩 M X 共同作用下壳体
和接管连接 部 位 的 最 大 应 力,将 总 应 力 控 制 在 ３
倍的许用应力值之内;

浅谈运用WRC107计算圆筒局部应力的技巧

３结 论 加后 计 算对 局 部应 力 计算 结 果影 响 分析 管 道部 门提 供 的 接管 外 载 ，往 往 是 包 含 两 个 或 两个 以 上 的工 况， 而所 要 计算 的局部 应 力恰 是 两 个 或两 个 以上工 况 的 叠加 。如 果 每种工况 的接管外载都按 ＷＲ Ｃ １ ０ ７ 计算之后再叠加 ，其计算量巨 大。 因此有必要研究分析外载先叠加后计算对局部应力计算结果的 影响。 根据 Ａ Ｓ Ｍ Ｅ Ⅷ一 ２ 的应 力分 类 ， 可 以 把 ＷＲ Ｃ １ ０ ７ 所 求 出 的 各 项 局部应力进行归类 ： 仅有介质压力所引起 的薄膜应力属于一次总体 薄 膜应 力 Ｐ ｍ； 由 圆筒 径 向 力 Ｐ 、 沿 圆 筒 周 向 的外 力 矩 Ｍ 及 沿 圆 筒 轴 向 的外 力 矩 Ｍ。 所 引 起 的 薄 膜应 力 属 于 一次 局 部 薄 膜应 力 Ｐ １ ； 由 Ｐ 、 Ｍ 及Ｍ 所引起的弯曲应力属于二７ 欠应力 Ｑ ； 沿圆筒周 向的横剪 力Ｖ Ｃ与 沿 圆筒 轴 向 的横 剪力 Ｖ Ｌ所 引起 的剪 切应 力 属 于一 次 局 部 薄膜应力 Ｐ １ ；沿接管中心轴上的扭矩 Ｍ 所引起 的剪切应力属于二 次 应力 Ｑ 。当然 ， 这 样 分类 的前 提 是接 管 外 载为 持续 载 荷 （ 比如管 道 自重和介质 自重 ） 。如果接管外载是膨胀载荷（ 比如热膨胀载荷 ） 或 者 偶 然 载荷 （ 比如 地 震 载 荷 、 风载荷 ） ， 那 么通 过 ＷＲ Ｃ １ ０ ７所 求 出 的 各 项局 部应 力 均 属于 二 次应 力 Ｑ 。 而 运 用 ＷＲ Ｃ １ ０ ７ 公 报 所查 阅及计 算 的 各项 局 部 应 力 ， 只与 圆筒 及接管尺寸所决定的壳体参数 和附件参数 ｐ有关 ，换句话说 ， 只 要圆筒与接管的尺寸参数确定 ， 相 同的接管外载将计算 出相同的局 部 应 力 。 同样 ， 根据 Ａ Ｓ Ｍ Ｅ Ⅷ一 ２ ， 局 部应 力评 定 用 的复 合应 力 分 别 为Ｐ ｍ、 Ｐ ｍ ＋ Ｐ Ｉ 及ｐ ｍ ＋ ｐ ｌ ＋ Ｑ，结合前面提及的应力分类 可得到 ： １ ） 无 论多个工况的外载是先叠加后计算 ， 还是先计算后叠加 ， 一 次总体 薄 膜 应力 Ｐ ｍ及 总 的复 合应 力 Ｐ ｍ ＋ Ｐ Ｉ ＋ Ｑ不 会 改 变 ； ２ ） 把 膨 胀 载荷 或 偶然载荷叠加到持续载荷再计算会导致复合应力 Ｐ ｍ ＋ Ｐ １ 的增大 。 因 此， 把 不 同工 况下 的外载 先叠 加 后计 算 是 一种 相对 保 守 的计 算 。
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WRC107，WRC297，EN13445在筒体上局部应力计算的比较
2008-06-24 20:09 阅读(?)评论(0)
WRC107，WRC297，EN13445在筒体上局部应力计算的比较:
1.力学模型和适用范围：
WRC107：
- 筒体上的实心圆柱体、矩形附件和方形附件受外加机械载荷
- 球壳上的接管、实心圆柱体和方形附件受外加机械载荷
- 筒体与圆柱体连接结构的适用直径比 d/D ≤ 0.5
- 球壳与接管连接结构的适用直径比 d/D ≤0.375
注：准确的说不是0.5而是0.496，见WRC107公报。

这个还有筒体直径和璧厚比值的限制：璧厚和球形封头中径的比值≤ 236；璧厚和筒体中径的比值≤230。

但不知道什么原因软件按中都用的是0.5，或者是我看标准不够认真看错了。

HG20583上球壳与接管连接结构的适用直径比 d/D ≤0.5，也应该是0.496而不是0.375见WRC107公报，或许我看错了
WRC297：
- 筒体上接管受到外加机械载荷
- 接管与筒体的直径比 d/D ≤0.5
EN13445中局部应力计算方法，其适用范围：
球壳与接管连接结构: 0.001 ≤ de /R ≤ 0.1
筒体与接管连接结构: 1) 0.001 ≤de /D ≤0.1
2.壳体上薄膜应力的比较：
WRC107方法：薄壁管结构或接管壁厚与筒体壁厚相当时，膜应力计算结果偏小；仅当接管壁厚大于筒体壁厚时，计算结果才偏安全
WRC297方法：不能得到确定的结论，但得到的膜应力或接近，或大于有限元方法的结果
EN13445 方法：将有限元方法得到的膜应力除以1.5倍许用应力后与EN13445方法得到的载荷比相比，EN13445方法的结果其安全裕量总是大于有限元方法的结果
3.壳体上表面应力：
WRC107方法：薄壁管结构，该方法的计算结果偏小；
当接管壁厚与筒体壁厚相当或接管壁厚大于筒体壁厚时： - 在弯矩作用下，计算结果偏安全。

- 在轴向力作用下，计算结果也偏小
WRC297方法：该方法的计算结果在绝大多数情况下大于有限元方法的结果
EN13445 方法：该方法的结果总是大于有限元方法的结果；在弯矩作用工况下，该方法与有限元方法的结果之比有可能大于2.0
4.管子上的膜应力
WRC107方法：该方法没有给出管子上的应力
WRC297方法：该方法的计算结果在绝大多数情况下小于有限元方法的结果
EN13445 方法：该方法的结果实际上是接管在弯矩作用下一般部位上的轴向
弯曲应力（在圆周上的任意点处，应力沿壁厚方向是均布的）：
[ 4（Mx^2+My^2）^0.5]+Fz/πde
该结果没有考虑结构不连续产生的边缘应力
5.管子上的表面应力
WRC107方法：该方法没有给出管子上的应力
WRC297方法：除非接管壁厚比壳体壁厚大很多，该方法的计算结果在绝大多数情况下总是大于有限元方法的结果
EN13445 方法：该方法没有给出（严格意义上的）管子上的表面应力结论：对于薄壁管结构，起控制作用的是接管上的表面应力。

因此，WRC107方法和EN13445方法的结果是不可靠的，即这两种方法均不适用于薄壁管结构
接管壁厚与筒体壁厚相当时，起控制作用的是筒体上的表面应力。

WRC107方法算得的表面应力与有限元方法的结果最为接近；WRC297方法和EN13445方法的计算结果都比有限元方法的结果保守
当接管壁厚大于筒体壁厚时，WRC107方法的结果可能是偏不安全的；而WRC297和EN13445方法将得到较保守的结果。