1.經向應力的解析式
這里,考慮到軸線方向改變及變徑引的影響。
取θ處為起始、夾角為dθ、內壓為P 的一小段異徑彎管來分析其經向薄膜應力,但是,假設不存在內力矩引起的彎曲應力,如圖2.4 所示。圖中,與大端口中心線平行的線段(或者說與等徑彎管左端口內外拱母線相切的線段)為NC 或MD,與大端口內外拱母線相切的線段為NVQ 或MBU,異徑彎管小段左右兩端面的變動半徑分別為
此即是以回轉彎角θ處的內徑為異徑變量的異徑彎管的經向應力式,式中尚未考慮彎曲半徑方向面積壓力差的影響,與等徑彎管及直管的經向應力式結構相同。
2.5.2 經向應力解析式的應用范圍
壓力容器圓筒結構中,外徑與內徑之比小于或等于1.2 的稱為薄壁筒,根據ro/ri≤1.2,得ri/r≥0.909,且壁厚越薄,ri/r 越接近1。借用該概念到管道中,對標準SH3408—96《鋼制對焊無縫管件》附錄A 無縫鋼管壁厚分級中公稱直徑DN100 以上規格的管徑比計算,以及對H3409—96《鋼制對焊無縫管件》附錄A 焊接鋼管壁厚中公稱直徑DN600 以下規格的管徑比計算,兩者結果均見表2.1。
由表2.1,SH3408—96 標準最大壁厚的管件也接近薄壁管,一般達到ri/r≥0.88;最小壁厚管件一般達到ri/r≥0.98;常用壁厚的管件都屬于較薄的薄壁管,ri/r≥0.94,且一般地達到0.97。SH3409—96 標準最大壁厚的管件均屬薄壁管,起碼ri/r≥0.94,一般達到ri/r≥0.97;最小壁厚管件一般達到ri/r≥0.99;對于DN600 以上管件的最大壁厚,分別只有16mm 和18mm,徑差將更小。
進一步考察GB12459—90《鋼制對焊無縫管件》等不同管件標準,其中關于壁厚尺寸的要求差別不大,其管徑比的結果與上述分析基本一致。也就是說,對于常用的標準管徑及壁厚的管件,以內徑代替中徑后,公式(2-18)的誤差不超過6.0%,一般約為3.0%,且公式的計算結果是偏向保守的,誤差屬于工程許可的范圍,公式(2- 18)的簡化是安全合理的。部分常用異徑管結構尺寸見表2.2。