閥門一次應(yīng)力求解路線分析

　　介紹了一種通用的基于Abaqus有限元法解決閥門一次應(yīng)力分析計(jì)算方法，減小了計(jì)算一次應(yīng)力的誤差。

1、概述

　　一次應(yīng)力為直接參與和機(jī)械載荷平衡的應(yīng)力類別。因此，在塑性變形的情況下，一次應(yīng)力還繼續(xù)存在，當(dāng)一次應(yīng)力超過(guò)材料的屈服極限時(shí)會(huì)引起過(guò)度變形。通常來(lái)說(shuō)，一次應(yīng)力是為防止過(guò)度變形失效必須加以限制的一種應(yīng)力。例如，在連接處接頭兩側(cè)一定距離之內(nèi)(此距離大小取決于不連續(xù)區(qū)域的幾何形狀和所施加的載荷情況) ，若薄膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力超過(guò)材料的塑性準(zhǔn)則，就會(huì)發(fā)生這種過(guò)度變形。因?yàn)樗苄宰冃蝺H在過(guò)度變形之后才會(huì)發(fā)生，所以，一次應(yīng)力準(zhǔn)則同樣保證無(wú)塑性失穩(wěn)的危險(xiǎn)。

　　因此用許用應(yīng)力強(qiáng)度保證過(guò)度變形的塑性失穩(wěn)之間具有足夠的安全裕度。一次應(yīng)力可分成總體一次薄膜應(yīng)力(存在于整體不連續(xù)區(qū)之外或載荷作用的不連續(xù)區(qū)域之外) 和局部一次薄膜應(yīng)力(它在整體不連續(xù)區(qū)之內(nèi)) 兩種。在一個(gè)給定的截面上，真空技術(shù)網(wǎng)(http://genius-power.com/)認(rèn)為薄膜應(yīng)力強(qiáng)度和薄膜加彎曲應(yīng)力強(qiáng)度應(yīng)沿著應(yīng)力分量的支撐線段，按平均值或線性值確定。本文以升降式止回閥閥體為例，探討一次應(yīng)力計(jì)算方法。

2、主要參數(shù)

　　安全等級(jí)二級(jí)

　　材料06Cr18Ni11Ti

　　許用應(yīng)力120.6MPa

　　公稱壓力6.3MPa

　　公稱通徑10mm

　　設(shè)計(jì)壓力5.8MPa

　　設(shè)計(jì)溫度100℃

　　使用壽命30a(承壓件)

3、分析

　　根據(jù)NB/T 20010.10-2010及RCC-M 的相關(guān)規(guī)定，為保證閥體在工作條件下的安全性、可靠性及壓力邊界的完整性，按NB/T 20010.10- 2010 中O 級(jí)及A 級(jí)準(zhǔn)則進(jìn)行評(píng)價(jià)。真空技術(shù)網(wǎng)(http://genius-power.com/)認(rèn)為閥體載荷主要包括設(shè)計(jì)內(nèi)壓和管道反作用力。

4、應(yīng)力計(jì)算

　　閥門所承受的主要載荷包括設(shè)計(jì)壓力、自重和管道反作用力。模型(圖1) 中的載荷包括設(shè)計(jì)壓力(P= 5.8MPa)、管道反作用力和自重。

圖1 閥體網(wǎng)格劃分

　　有限元計(jì)算后，得到閥門的Tresca應(yīng)力分布( 圖2 和圖3) 。

圖2 閥體第一個(gè)位置Tresca應(yīng)力分布

圖3 閥體第二個(gè)位置Tresca應(yīng)力分布

　　根據(jù)承壓邊界一次應(yīng)力的分類原則，由應(yīng)力云圖顯示的應(yīng)力分布結(jié)果，并結(jié)合應(yīng)力線性化曲線圖(圖4 和圖5) 對(duì)閥體進(jìn)行評(píng)價(jià)。

圖4 閥體第一個(gè)位置應(yīng)力線性化曲線

圖5 閥體第二個(gè)位置應(yīng)力線性化曲線

　　閥體有兩個(gè)位置需要評(píng)價(jià)(表1) 。第一個(gè)位置為閥體中法蘭底端的閥頸處，是一個(gè)整體結(jié)構(gòu)不連續(xù)區(qū)，此處的一次薄膜應(yīng)力強(qiáng)度不超過(guò)32MPa，一次薄膜加彎曲應(yīng)力強(qiáng)度不超過(guò)49MPa，一次加二次應(yīng)力強(qiáng)度不超過(guò)90MPa。第二個(gè)位置為閥體右端斜通徑處，此處的一次薄膜應(yīng)力強(qiáng)度不超過(guò)30MPa，一次薄膜加彎曲應(yīng)力強(qiáng)度不超過(guò)52MPa，一次加二次應(yīng)力強(qiáng)度不超過(guò)91MPa。

表1 閥體評(píng)價(jià)位置

5、結(jié)語(yǔ)

　　經(jīng)分析和試驗(yàn)結(jié)果證明，用壓力面積法求解一次應(yīng)力存在較大誤差。現(xiàn)在通過(guò)有限元應(yīng)力線性化的方法，求解一次應(yīng)力，是國(guó)際上通用的可靠度較高的方法。有限元應(yīng)力線性化的方法在閥門設(shè)計(jì)中有廣泛的用途。