斜接管结构的塑性极限载荷及爆破压力

　   在石油化工、动力及能源工业中,广泛应用了斜 接管结构。由于这种结构几何形状的特殊性,在研究 中除了应考虑载荷工况,d/D比及T/t值等因素 外,还须考虑接管交角的影响,因此无论对试验研究 还是理论分析都增加了一定的难度。目前,各国压力 容器及管道的设计规范,包括美国的ASME规范在 内,对这种斜接管结构的设计都不够详尽和具体。

对斜接管结构的研究,大多由美国压力容器研 究委员会(PVCR)组织进行。在对这种斜接管问题 的特殊性和重要性的讨论及大量工业调查的基础 上,PVCR于70年代中期成立了专门的斜接管问题 研究小组,与各国的研究及工程人员从理论分析的 探索、试验研究及有限元分析等方面进行了大量的 研究工作,取得了大量有价值的研究成果[1～7],为这 类结构的极限设计及应用提供必要的依据。

    1　试验研究

    1.1　试验设备

试验设备由筒体、斜接管、封头、进液及排气口、支座等部分组成。详细的结构尺寸见表1。

    1.2　试验设备的材料及性能

试验设备用材料:筒体及接管为Q235-A,封头 材料为Q235-B。材料的主要性能如表2所示。 Q235-A材料拉伸试验时的应力—应变曲线如图1 所示。试验时,试件由钢板切割下料,并使试件的轴 线方向与钢板的轧制方向即筒体的卷制方向垂直。 试验测得的Q235-A材料屈服极限σy及强度σu分 别为339.4 MPa及472 MPa。

    1.3　试验设备的制造

为了保证试验设备的质量,设备的纵、环焊缝及 接管与筒体的焊缝均采用氩弧焊封底,手工电弧焊 盖面。焊缝的结构如图2所示。其中图2(a)表明设 备的纵、环焊缝为单面V形坡口的对接焊缝,而斜 接管与筒体的焊缝则为单面开坡口的填角焊,如图 2(b)所示。

    2　试验方法及过程

    2.1　试验方法

试验采用电阻应变测量法,由于试验时设备已 进入塑性范围,材料的变形较大。故本研究中的电阻 片采用TA120-5AA-C型15%的大应变电阻片。电 阻片的阻值为(120±0.1)Ω,灵敏度系数为(2.1± 1)%,粘贴电阻片的胶水采用HY-914高强度胶。试 验时采用的仪器为7V07型数据自动分析仪及 7V14-C数据采集器。压力由功率为45 kW的3DS 高压往复式试压泵提供。试验压力由经校验的两只 量程为15 MPa的压力表同步显示。

    2.2　电阻片的位置

电阻片布置在试验设备筒体及斜接管的纵、横 截面的外表面。由于在接管与筒体截交线附近可能 会产生剪应力,因此这里应变片采用0°～45°～90° 三向应变花,且位置尽量靠近焊缝处。其余测点则采 用0°～90°直角应变花。图3为试验设备的布片位 置。