vd薄壁圓筒平封頭環(huán)焊縫的應(yīng)力與變形

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。vd薄壁圓筒平封頭環(huán)焊縫的應(yīng)力與變形vd薄壁圓筒平封頭環(huán)焊縫的應(yīng)力與變形薄壁圓筒平封頭環(huán)焊縫的應(yīng)力與變形專論?lM&P純I礦物與加I1999年第7期79一鄉(xiāng)薄壁圓筒平封頭環(huán)焊縫的應(yīng)力與變形季潤(rùn)東一(連云港化工高等專科學(xué)校連云港222001)摘要通過(guò)對(duì)薄壁圓筒環(huán)向?qū)雍缚p建立適當(dāng)?shù)牧W(xué)模型.再利用柱殼近似計(jì)算方法.導(dǎo)出了薄壁圓筒平封頭環(huán)阿焊鹱應(yīng)力與變形的分折解答.關(guān)鍵詞薄壁圓筒平封頭環(huán)向焊縫應(yīng)力與變形一,一,一一)一對(duì)于薄板單道對(duì)接焊縫,可近似看成為用線熱源一次焊成的焊縫.在不考慮施焊過(guò)程

2、的時(shí)間效應(yīng),焊后的應(yīng)力可認(rèn)為是沿焊縫方向的單向應(yīng)力狀態(tài).焊縫區(qū)的應(yīng)力和變形是由于焊縫區(qū)在寬度為26內(nèi)的塑性變形引起的.根據(jù)總應(yīng)變量的面積相等及相對(duì)焊縫中心線的面積矩相等的原則,可將焊縫殘余應(yīng)變的實(shí)際分布簡(jiǎn)化成在2b寬度內(nèi)為均勻分布的等效初始應(yīng)變與此同時(shí)就有相應(yīng)的初始應(yīng)力.對(duì)于一般的結(jié)構(gòu)鋼.在大寬度平板對(duì)接焊縫中.通常取=e.因此也就有=對(duì)于薄壁圓筒,當(dāng)其直徑較大時(shí).簡(jiǎn)體的環(huán)向?qū)雍缚p就趨近于平板對(duì)接焊縫.如果設(shè)想寬度為26的環(huán)向焊縫區(qū)是與簡(jiǎn)體無(wú)任何聯(lián)系的分離體,則其塑性收縮變形就不受任何約束,只產(chǎn)生徑向收縮變形.=皿,無(wú)環(huán)向應(yīng)力.這時(shí),要使這樣的分離體恢復(fù)到焊前狀態(tài),須在其內(nèi)側(cè)施加一個(gè)均勻的徑

3、向壓力q,此時(shí)有環(huán)向應(yīng)力=,即=t/n,其中才為簡(jiǎn)體壁厚,R為半徑.而實(shí)際上這樣的分離體是簡(jiǎn)體的焊縫區(qū)的一部分,其效果就如同該焊縫區(qū)26寬度內(nèi)的外表面上作用有均勻的徑向壓力q一樣.且g=q=詈.如圖1所示.如此簡(jiǎn)化的力學(xué)模型是與焊縫所引起的應(yīng)力與變形是等效的.繾圖1筒體環(huán)縫力學(xué)計(jì)算模型根據(jù)彈性力學(xué)的柱殼理論.在圓筒某一截面上受有沿環(huán)向的均勻分布載荷P時(shí),其產(chǎn)生的徑向位移w為:w(bb)(1)式中;=o=一泊松比將(1)式用于圖1所示的載荷上,則口引起的徑向變形,可通過(guò)積分求得,如圖2所示,得到:在2b范圍內(nèi)的某一截面K上有=警2一emn(6+)一')cos).(b一-r)(2)在2b范

4、圍以外的某一截面,上有=差eZ(x-b)(z一e'cos).(+b)】(3)29?專論jM&P仡I(lǐng)礦耪與加I1999年第7期(a)(b)圖2筒體位移積分分析圖對(duì)于薄壁圓筒的平封頭,在平板與簡(jiǎn)體封接處為環(huán)向焊縫,當(dāng)該處焊縫為單道一次焊成時(shí),就可借用上述分析結(jié)果,求得平封頭環(huán)向焊縫所引起的應(yīng)力與變形.一般封頭平板要比簡(jiǎn)體的厚度大,連接處剛性較大.因而在簡(jiǎn)體與平板封頭連接處可認(rèn)為是剛性連接,則在簡(jiǎn)體的連接端就承受到剪力Q和彎矩A,如圖3所示.根據(jù)軸對(duì)稱的邊緣載荷的解答:圖3儒體的邊緣載衙:Mo(一)一QoCOS,X(4)由(2),(3)和(4)的結(jié)果.筒體連接端焊縫及其附近部

5、位的撓度方程為:wKwK+w=2.3D【J.(sin2xcos2x)一Qocox+差一",cos),(b一(.cos),(b)(5):+=(sin2xcosx)一Qocosx+差(-6)?n?一Pcos2(-r+b)J(右)對(duì)剛性固定端有x=0,w=0,=0,代入(5)式可求得:眠:一(1cosb)(7):(1一6)(8)將(7),(8)式分別代入(5)和(6)式,就得到薄壁圓筒平封頭環(huán)向焊縫所引起的徑向位移:w:一豢(+c)(1一"6c6)+差【2_,co(b川一a(bcos).(b)(9)w,=一豢一+州1一%os2b)+差m訓(xùn)-6)一【c(+b)(10)根據(jù)柱殼軸對(duì)稱

6、彎曲問(wèn)題,筒體橫截面上的彎矩為一D,因此.由(9),(10)式可得MK:O.t(n一z)(1_rcob)+【e-atg*X)sin+)+e(,)c0s(b)(11)jOot(抽一z)(1-c赫6)oot【e-h(z.1,)s以(+6)專論IM&P化I礦耪s加I1999年第7期一PsinA(b)(20)由此可求得橫截面上內(nèi)外邊緣的應(yīng)力為=(sinAxcos,x)(1一e-'cos.tb)e-a(,*X)sinA(6+)+P'cosA(6一)(13)一:i了i雨(sin)cco$3.x)(1一e6)±e-a(+b)sinA(¨6)一P(一sinA

7、(b)(14)當(dāng)Xb時(shí),在筒壁中面上的環(huán)向應(yīng)力為咖:一,其中晰=E警,這是由于筒體產(chǎn)生徑向變形而釋放的應(yīng)力,因而K截面上內(nèi)外邊緣的環(huán)向應(yīng)力為EWK6WK啉一廣一譬paxK).一LJ當(dāng)X>b時(shí),r截面上內(nèi)外邊緣環(huán)向應(yīng)力為:腳(16).eI!x】b由(13)和(15)式,簡(jiǎn)體封頭端(x:O)的縱向應(yīng)力和環(huán)向應(yīng)力分別為一而一e-(sinAb+3cob)(17).一e-(sinAb+3cos;b)(18)將(17),(18)式無(wú)量綱化并取其中的正號(hào)則有志一一P一(sinAb+3cosAb)(19)cz(sinb+3cob).2i34圖4,與k的關(guān)系曲線%百-ooR(I即m一圖5,與R的關(guān)

8、系曲線aDt圖6,與t的關(guān)系曲線bO圖7d,與b的關(guān)系曲線?3l專論jM&P訖I礦耪與加I1999年第7期由圖4可看出和隨k的變化規(guī)律,它們?cè)?/<拍</內(nèi)有最大值.圖5,6,7分別描述了和隨簡(jiǎn)體尺寸(R,t)及焊接條件(b)的變化規(guī)律.綜上所述,文章根據(jù)焊接應(yīng)力變形理論,建立起適當(dāng)?shù)牧W(xué)模型,再利用柱殼理論的計(jì)算方法,對(duì)薄壁圓筒平封頭環(huán)縫焊接所引起的應(yīng)力與變形.進(jìn)行了詳細(xì)地分析推證,得出了定量的解析式.這在化工容器設(shè)備的設(shè)計(jì)制造中有較重要的參考作用.參考文獻(xiàn)Ir?A?尼古拉也夫'焊接結(jié)構(gòu))交通大學(xué)焊接教研室譯64.2棣芒編.彈性力學(xué),第二版

9、19823范欽珊.軸對(duì)稱應(yīng)力分析1985(收搗日期:9990305)StressesandDeformationsofRingWeldtoFlatSealingHeadofThinWall'SRoundTubeJiRendong(IianyungangcollegeolchemieaTechnology)AbstractThepaperl1seIupha1modelofcLumfef-entlalbuttweldofthinwall'sroundtube.Ith雎glvequantitativean-swe.fstre群anddeormatlonstofiatsellnghea

10、dofthinwall'smundtube0ntheapproxitecalculationmethodot.umnhelltheory,KeywordsThinwall'sroundtube.F岫lsealinghead,RingIdStesanddefonL(上接17頁(yè))根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)調(diào)查,礦柱強(qiáng)度估算和礦柱應(yīng)力實(shí)測(cè)結(jié)果綜合分析,得出礦柱是處于穩(wěn)定狀態(tài).1號(hào),2號(hào),3號(hào)礦柱的安壘系數(shù)分別為275,2.97和304.由此,可以得出礦柱處于穩(wěn)定狀態(tài)的可靠指標(biāo)B為2.472.77.5結(jié)論(1)蒙特卡洛法求解可靠度與極限狀態(tài)方程的類型和隨機(jī)變量的分布類型無(wú)關(guān).具有較強(qiáng)的靈活性.(

11、2)考慮到礦柱中應(yīng)力狀態(tài)的復(fù)雜性,建立礦柱在多向應(yīng)力狀態(tài)下的極限狀態(tài)方程是必要的.(3)柯?tīng)柲缏宸蚍ㄟm用于小子樣非參數(shù)假設(shè)檢驗(yàn).計(jì)算結(jié)果表明,礦柱應(yīng)力分布函數(shù)服扶正態(tài)分布的假設(shè).(4)礦柱處于穩(wěn)定狀態(tài)的可靠指標(biāo)8為2.472.77.6參考文獻(xiàn)l方再根計(jì)算機(jī)模擬和蒙特卡洛方法.北京:北京工業(yè)大學(xué)出?32皈社,1988.2劉體宇.礦柱強(qiáng)度估算及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)武漢工業(yè)大學(xué)I993,15(3):5967.3昊世偉結(jié)掏可靠度分析北京:人民交通出版桂19904中In大學(xué)數(shù)學(xué)力學(xué)系概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)(下冊(cè))北京:人民教育出版社,19805劉椿字礦柱結(jié)掏的可靠性設(shè)計(jì)武漢工業(yè)大學(xué)1998,20(1):5456【收搗

12、日期:19990204)ReliabilityAnalysisofPillarLiuMuyuXuCangyou(WuhanUniversityofTechnologyJAbstractThispaperanalysestheliabilityc】fpillarbyMonteCarto【hod.tablishesthelimitstNtee【】ual10n0fpillarinthethreedimensionsesssbsandvthedistributionfctkms.fstfpillarKolmogorovg.dof_litteaccordingtotheda【a0fmea.,uredslrres$pillar.T