1.经向应力的解析式
这里,考虑到轴线方向改变及变径引的影响。
取θ处为起始、夹角为dθ、内压为P 的一小段异径弯管来分析其经向薄膜应力,但是,假设不存在内力矩引起的弯曲应力,如图2.4 所示。图中,与大端口中心线平行的线段(或者说与等径弯管左端口内外拱母线相切的线段)为NC 或MD,与大端口内外拱母线相切的线段为NVQ 或MBU,异径弯管小段左右两端面的变动半径分别为
此即是以回转弯角θ处的内径为异径变量的异径弯管的经向应力式,式中尚未考虑弯曲半径方向面积压力差的影响,与等径弯管及直管的经向应力式结构相同。
2.5.2 经向应力解析式的应用范围
压力容器圆筒结构中,外径与内径之比小于或等于1.2 的称为薄壁筒,根据ro/ri≤1.2,得ri/r≥0.909,且壁厚越薄,ri/r 越接近1。借用该概念到管道中,对标准SH3408—96《钢制对焊无缝管件》附录A 无缝钢管壁厚分级中公称直径DN100 以上规格的管径比计算,以及对H3409—96《钢制对焊无缝管件》附录A 焊接钢管壁厚中公称直径DN600 以下规格的管径比计算,两者结果均见表2.1。
由表2.1,SH3408—96 标准最大壁厚的管件也接近薄壁管,一般达到ri/r≥0.88;最小壁厚管件一般达到ri/r≥0.98;常用壁厚的管件都属于较薄的薄壁管,ri/r≥0.94,且一般地达到0.97。SH3409—96 标准最大壁厚的管件均属薄壁管,起码ri/r≥0.94,一般达到ri/r≥0.97;最小壁厚管件一般达到ri/r≥0.99;对于DN600 以上管件的最大壁厚,分别只有16mm 和18mm,径差将更小。
进一步考察GB12459—90《钢制对焊无缝管件》等不同管件标准,其中关于壁厚尺寸的要求差别不大,其管径比的结果与上述分析基本一致。也就是说,对于常用的标准管径及壁厚的管件,以内径代替中径后,公式(2-18)的误差不超过6.0%,一般约为3.0%,且公式的计算结果是偏向保守的,误差属于工程许可的范围,公式(2- 18)的简化是安全合理的。部分常用异径管结构尺寸见表2.2。