大开孔计算的疑惑
一台设备设计压力0.8MPa,设备外径为720mm,由于材料GB150中没有,所以自己建立了个材料,许用应力为138MPa。
然后又建立了一些开孔: 其中480和426的接管壁厚都是8mm,腐蚀为1.5mm。
计算以后,除了426的管口,其余都通过了:
为什么426的管口不通过,反而比它大的管口都通过了呢?
不应该是开孔越大越危险吗?
为什么会发生这么离奇的事情呢?
手动计算
为了找出原因,手动查一下426的接管,应力集中系数到底是多少。
426接管的λ=5.32,开孔率为0.573,厚度比=0.765.
查表i),虽然实际已经找不到曲线,但是可以看出大致的值,km大约为5.1
查表k),0.765的线也是没有的,只能大致估算,Km大约为5.1
由于在开孔率0.5~0.6时,厚度比0.7~0.8之间是没有曲线的,人工的查值肯定是不准确的,不过我们只需要一个大概值,所以Km大约在5左右。
所以按照PD/2t=34.4MPa,等效薄膜应力大约应为172MPa左右。
软件算出来290MPa,这个差距在哪里?
SW6怎么插值的?
一般情况,如果曲线找不到,会判定查值失败:
而现在这个数据,对于开孔率0.5,0.6的曲线,当λ=5.33时,厚度比=0.7是超界的,理应弹出警告,但是程序还继续计算。
那么SW6究竟是如何插值的呢?
在《GB150-211开孔补强分析法在SW6软件的实现》一文中,对于曲线的外延取值有详细的解释。
有兴趣的朋友可以下载来看看。
论文比较难懂,为了方便理解,我通俗介绍一下。
GB150的曲线是离散的,如果将开孔率用Z轴表示,λ用Y轴表示,厚度比用X轴表示,那么可以将所有的表堆叠、组合成一个假想的3D的切面。
完全不超界,则意味着对于给定的xyz值,上下左右前后都被上面两层的x0,y0,z0以及x1,y1,z1的组合坐标包裹,假设C000=(x0,y0,z0), C111=(x1,y1,z1),那么所求就为C点。
实际情况没有那么完美,在边缘处,有时上层有数据,下层没数据,这时候计算软件没有直接认为是超界,而是试着将已知数据线的上下层包络线连起来,看所求点是否在包络面内。
如果在包络面内,说明还没有超界,如果在包络面外,才是真的超界了。
如何让分析法结果更可信
回到原来的问题,对于数据完备的插值,计算结果准确。
而对于某些输入,可能插值点位于包络面附近,造成插值的错误。
为了验证,在不同的机器上验证,查找原因。
最后和同事发现,自定义的材料含****符号,加上计算的值在包络面附近,可能是造成计算结果特别“随机”的原因。
更换国产材料,然后注意将厚度比改为1附近,使得能够真正插值,计算结果才真稳定下来。
按照论文的描述,一般来说包络线的计算结果也是偏保守的。
但是由于在某些情况下,可能出现结果不稳定,从而造成计算结果不可信。 那么如何让结果更可信呢,当然是让结果都落在有曲线的范围内。
我们观察一下大开孔分析法的曲线,发现开孔率0.5附近,厚度比0.6-0.9之间的曲线对应的直径厚度比范围比较窄,会造成插值都在包络面附近。
如果将接管与筒体厚度比改为1~2附近,将大大拓展直径厚度比的范围,大部分的数据都是可以真实查到的。这样的插值会比较准确。
所以对于薄壁的大开孔,建议接管壁厚最好大于等于筒体壁厚,使得插值点的都被真实的曲线包围。
这样算出来的结果比较可信,程序也不容易出错。
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