对欧盟标准EN 13445基于应力分类法分析设计的理解——兼谈和ASME Ⅷ-2的区别和联系

　　1　前言

　　从1968年首次公布ASMEⅧ-2以来,国内外对应力分析设计的应用一直进行研究和讨论。

　　由于应力分析设计所考虑的失效准则、各类应力对各失效模式所起的作用、各类应力的主要特征及其划分原则以及规范所列设计公式等都主要建立在板壳理论的基础之上[1~4],所以当遇到规范公式未包括的元件而需要借助如有限元,特别是三维有限元等数值处理方法时,因涉及到应力计算方法不相匹配的原因而难以按规范所规定的术语将总应力进行分解并正确分类,此问题一直困惑着压力容器行业。对此,PVRC专门立项进行研究,专家小组提出了短、中、长期研究计划[1],但至今尚未取得公认的、可以列入规范的结果。所以在ASMEⅧ-2公布的30多年来,除1980年版、1986年版起在涉及用于疲劳分析的局部结构不连续处以及开孔接管处的总应力提及可以采用有限元以外,并未明确允许(当然也未否定)使用有限元进行应力分析设计。

　　主要参照ASMEⅧ-2和JB 4732[5]对峰值应力的术语做出了修改,提及峰值应力的特征是同时具有自限性和局部性,它仅是沿壁厚非线性分布、且在壁厚1/4以内的应力分量,弯曲应力和薄膜应力都不能归入峰值应力。在此基础上,允许用有限元法进行应力分析设计。与此相联系,在各次应力分析设计人员培训班上,介绍了采用当量线性化处理方法,仅将总应力中沿壁厚的非线性分量分解出并划为峰值应力,再用一次结构法对剩余的一次和二次应力加以区分,使有限元可以顺利地用在应力分析设计中。但对这一定义以及分解和分类方法,在国内一直存在不同看法,近年来开展了热烈讨论[6~11]。

　　有鉴于此,欧盟标准EN 13445[12]非直接火压力容器为了解决这一问题,除根据ASME VIII-2的塑性分析和极限分析方法,在设计部分的附录B中另列直接的应力分析设计外,在附录C以应力分类为基础的分析设计方法以及第18款详细的疲劳评定中,对有关应力分析和疲劳评定中所用的某些术语做出了不同于ASMEⅧ-2的陈述,并根据总体或局部结构不连续所引起的局部应力离结构不连续源的距离带有衰减性的特征,对由有限元或实验应力法所求出的总应力,根据元件的厚度(衰减长度和厚度有一定关系)而确定出在某一定范围内的应力是由局部或总体结构不连续所引起,据此而将总应力进行分解及分类,解决了ASMEⅧ-2按总应力沿壁厚的分布关系进行分解和分类的难题。

　　2　对EN 13445中某些术语或说明的理解

　　EN 13445在应力分析设计中对确定应力的方法,规定可以是数值法(可理解为有限元法)、分析方法(可理解为如板壳理论的解析方法)或可能的试验方法。