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快速管接头应力集中系数弹性分析

2017-10-30

由于管接头是多管相连的壳系,用解析法进行管接头的弹性分析在数学上有一定的难度,所以先从简单的平面管接头(如T型管接头)在轴向力作用下进行弹性分析。

T型管接头弹性分析的半解析(解析数值法),假设沿交贯线的弦管垂向位移是均布的,其值与支管上端的垂向位移一致,即认为支管是一个刚体,而这个假设只适用于直径比P=d/d为支管直径,D为弦管直径)小于0.25的情况;然后沿交贯线设置若干轴向(弦管母线)小段泛,把由支管传递给弦管(闭合圆柱壳)上的每一段线载荷看作是沿着此线载荷的 母线连接起来的两个半圆柱壳。

这样,在闭合壳(弦管)上被视为外载荷的该段线载荷在两只半壳上便长了边界条件。因而,对两只半壳而言,齐次方程的解就是全解。采用单三角级数解,使得解析法求解成为可能。然后利用两只半壳连接处的位移连续条件和静力平衡条件,就得到闭合柱壳的解;最后利用叠加原理,便可以得到所有载荷作用下,弦管的应力分布。

通过计算表明,对于d/D >0.3的T型管接头的应力集中系数与实验结果基本一致。但上述方法仍有它的局限性,表现在只适用于T型接头和弦管上的应力分布。

为了客服这些局限性,研究生同时考虑了垂向传递力、水平传递力和传递力矩,并提出在交贯线上设置有限个小微块,支管与弦管被认为是独立圆柱薄壳,支管与弦管的位移函数则分别在各自轴向与周向展开成双三角级数。

将这些双三角级数代人薄壳的平衡方程并求解这些平衡方程就可求得级数的系数,于是可求得交贯线处的传递力传递力距以及支管与弦管的应力分布。这样的解析数值法被进一步扩展到T,Y,K型平面管接头。为将此法能扩大应用于支管端部受有面内弯矩与面外弯矩的情况,又提出用虚功原理代替薄壳平衡方程,并在交贯线设置有限个节点,导出每个子结构(支管、弦管)的对称柔度矩阵,J}成管接头的总柔度阵,蜂冲约束处理便得支管、弦管的节点力、位移与应力分布。

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