FE 107,WRC107,WRC297管口局部应力检查

管口局部载荷校核常用方法为WRC107和WRC297,而这两个规范对结构的限制条件非常多,如下是WRC对结构适用范围的限制:

WRC107-球壳附件的限制
WRC107-柱壳附件的限制

除了上诉限制外,WRC107/297还不适用于如下范围:
 锥体或者大小头上面的附件或接管
 非居中,斜接,带内伸的管口
 封头边缘的管口
 平盖上面的管口
 刚性件附件的管口(管板,法兰和加强圈)
当局部应力计算结构超出如上的限制范围以后,该如何计算局部应力呢?FE 107!FE 107基于ASME规范对局部进行有限元分析,同时FE 107自动比较WRC 107,WRC 297与FEA的分析结果,这样用户就能知道WRC 107和WRC 297精确程度

WRC297-柱壳附件的限制

除了上诉限制外,WRC107/297还不适用于如下范围:
 锥体或者大小头上面的附件或接管
 非居中,斜接,带内伸的管口
 封头边缘的管口
 平盖上面的管口
 刚性件附件的管口(管板,法兰和加强圈)
当局部应力计算结构超出如上的限制范围以后,该如何计算局部应力呢?FE 107!FE 107基于ASME规范对局部进行有限元分析,同时FE 107自动比较WRC 107,WRC 297与FEA的分析结果,这样用户就能知道WRC 107和WRC 297精确程度

FE 107 VS WRC 107/297案例

从上面的案例可以看出,WRC 107和WRC 297计算的结果非常的保守,通常情况下WRC 297的计算出来的结果超出2倍的保守余量。
WRC 107和WRC 297计算结果是保守还是冒进,主要取决于几何结构的限制,这也是为什么一定要校核限制条件。

WRC 329 第4.9节:额外增加的接管补强圈实际上导致了局部应力的增加,因为补强圈导致了刚度增加,而刚度增加导致载荷增大的量大于补强圈降低应力的量。
FE 107通过计算正确的刚度,应力和许用载荷来解决如上提到的问题。
FE 107自动计算许用载荷和刚度,如果用户输入了载荷,FE 107会按照ASME规范计算局部应力强度。

仅仅需要输入四个参数就可以获得许用载荷,应力增大系数和柔性系数——接管和容器的直径,接管和容器的壁厚。

FE 107输入案例

FE 107是容器工程师为容器工程师设计的,通过FE 107任何人都可以在接管-容器连接处画正方形网格,但是要理解元件类型,贯穿线的模型,边界条件的椭圆化,管道量载荷的应用和规范应力的计算是完全不同的事情,而FEA能短短几分钟内完成这样的内容。
FE 107适用的结构范围:
 柱壳-柱壳交叉点
 切向接管或分支
 横向接管或分支
 椭圆封头上的接管
 球形封头上的接管
 蝶形封头上的接管
 锥体上的接管
 平盖上的接管
 带补强板的接管
 锻件管
 普通接管

如果应力是10%的许用值,那么超10倍也问题,如果应力是100%的许用应力,那么一点都不允许超的。FE 107帮助用户分析容器支管处的临界载荷。
载荷定义是接管局部强度分析中最容易出错的地方之一,千万别把载荷方向输入错了。FE 107载荷输入清楚,不易混淆。
FE 107的计算结果简单,易懂:

在模型中,根据不同的位置成列应力,计算应力占许用应力的比例也用颜色标注了,方便阅读,可以单击获得3D的分析结果。如下是3D图形输出计算结果:

FE 107优化了WRC 107/297的计算结果,适用范围也扩大了很多,是管口局部强度分析不可或缺的工具。

FE 107 实例验证
会有FEA软件根据真实压力容器问题验证分析结果吗? FE 107和PRG的软件一直坚持根据实际问题来测验软件的计算结果。
验证包含两部分:数值验证和实物案例验证。所有的FEA程序都会经过数值验证,几乎没有软件会验证压力容器和压力管道设计过程中的真实问题。
真实压力容器设计验证:
如下图所示,将外部荷载施加到位于椭圆形头中心的管口上,应变片贴在补强板和接管颈部上面来验证有限元分析的结果。

卧式容器通过吊起螺栓连接的平盖,起吊载荷20000lbf,压力容器和接管的详细信息如下:

FE 107 输入

FE 107使得压力容器/管道的管口分析变得非常的简单,不同于通用的FEA软件需要用户从草图到创建模型,FE 107仅仅需要压力容器工程师所知晓的数据,就可以创建分析模型。
如上的案例,可以通过11个数据的输入来定义几何结构,如下图所示。FE 107在图中
显示每个参数的含义,这使得输入数据更容易理解。

下一步,定义方向和载荷。FE 107 可以定义任意的封头和接管方向。
FE 107的其他功能:
 载荷可以用WRC的表示方式,也可以是用户自己习惯的方式
 载荷可以定义在中心线,接管-壳体连接处,或者接管端部
 载荷区分重量载荷,操作载荷和偶然载荷
 定义疲劳循环的次数,软件会自动校核外载荷和压力作用下的疲劳

执行分析
在FE 107的工具栏中点击“Run”就可以执行分析。FE 107自动生成模型,施加载荷和根据用户输入数据定义边界条件,FE 107不要求分析人员是FEA专家。

在分析过程中,FE 107会提示用户一些非常重要的信息和假设条件,在上面这个椭圆封头上的接管例子中,其实WRC107/297都不是理想的分析方法。

分析结果-WRC 107算不过
如下的表格比较了实测应力,FE 107 FEA的结果, WRC107和WRC297的计算结果。如下所示,在所有位置FE 107的应力结果是精确的。WRC 107显示的补强板上面的应力过高了,而且并没有预测到接管颈部上面的高应力,这也表明了为什么WRC并不是压力容器/管道设计过程中的一个精确的分析方法。

FE 107输出报告
FE 107分析结果以非常简单的方式成列,并包含ASME的许用值。
FE 107输出报告的一些功能:
 有限元分析的结果以三种格式输出:表格;可打印的报告和3D图形输出
 自动的ASME应力分类
 自动的ASME规范评定
 与WRC107和WRC297分析结果进行比较

3D图形输出结果:

文档格式的文件方便提交个客户和检验员审查,报告包含:示意图,尺寸,应力结果表,图形分析结果。

FE 107提供许用载荷和管口柔性。柔性可以用于管道应力分析,以便管道应力分析获得更加准确的结果。

自动比较FE 107,WRC 107和WRC 297的分析结果:

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