夾套管是指較小的管道放置于較大管道內(nèi)的結(jié)構(gòu)，通常內(nèi)管用于輸送工藝介質(zhì)，外管(套管)用于保護(hù)內(nèi)管或承載熱介質(zhì)使內(nèi)管中的工藝介質(zhì)保持所需的溫度。在夾套管的設(shè)計中，其應(yīng)力校核和強(qiáng)度分析一般包括三部分，即：分節(jié)夾套管段的應(yīng)力校核，整個管系的應(yīng)力校核，加套管端板的強(qiáng)度分析。此三部分分析相互關(guān)聯(lián)，缺一不可。對于前兩部分的分析，文獻(xiàn)中有較詳細(xì)論述。本研究僅就夾套管端板強(qiáng)度分析進(jìn)行一些探討，以期給出一種簡單的分析方法，便于設(shè)計者在管道設(shè)計中參考。
      夾套內(nèi)管選用無縫鋼管，外管可選用無縫鋼管或焊接鋼管，外管尺寸一般比內(nèi)管大一級或兩級，常用端板夾套管結(jié)構(gòu)形式見圖，引起端板變形的主要是內(nèi)管與外套管不同的熱膨脹量和夾套中的內(nèi)壓。由于內(nèi)、外管軸向剛度比較大，對端板做圖所示力學(xué)簡化。假設(shè)：端板外沿周邊固定，內(nèi)管軸向為剛體，中心作用一載荷。
      假設(shè)一個端板厚度T，如果能求出F，就能得到Sm。對于夾套管這種結(jié)構(gòu)，F(xiàn)可分為兩部分，即：夾套內(nèi)壓引起的F，和內(nèi)外管不同的熱膨脹引起的Fz。由力的平衡條件，可容易求得端板與內(nèi)管連接部的一次應(yīng)力Sm1及二次應(yīng)力Sm2。該一次應(yīng)力是內(nèi)壓引起的反作用力產(chǎn)生的，同時，內(nèi)壓均勻的作用于端板會引起應(yīng)力xSml，則在力F及壓力P的作用下，在端板與內(nèi)管連接處會產(chǎn)生剪切應(yīng)力和一拉伸應(yīng)力，它們應(yīng)滿足不同的強(qiáng)度準(zhǔn)則。剪應(yīng)力可按公式計算。判式均滿足要求，因此板與內(nèi)管連接的跟部是安全的。
      對于圖所示結(jié)構(gòu)，由于夾套內(nèi)壓力的作用，在夾套端板與外管的連接部位，會產(chǎn)生剪切應(yīng)力，而軸向力則會在連接部位產(chǎn)生拉伸應(yīng)力。現(xiàn)分別給出計算方法。判式已均滿足要求，則認(rèn)為端板與外管連接處是安全的。判式有一個不合格，就要重新假設(shè)端板厚度工重復(fù)上述步驟，進(jìn)行計算。
      軸向力的計算，除了介紹的方法外，還可以用管道應(yīng)力分析軟件(例如：CAESARII)進(jìn)行計算。關(guān)于用軟件對夾套管進(jìn)行應(yīng)力分析關(guān)鍵是要根據(jù)其特點正確建立力學(xué)模型，具體方法見說明書及其它參考資料。在此，由于本研究把軸向力分成了和，這就要求考慮輸出報告中的工況和純熱膨脹工況。
      夾套管設(shè)計工作中，各個單位比較重視整個管系的應(yīng)力校核，而忽視了端板局部強(qiáng)度分析。在用的管道應(yīng)力分析軟件也不具備分析端板局部應(yīng)力的功能。這使得端板的設(shè)計上存在盲區(qū)。本研究就夾套管端板強(qiáng)度分析，給出了一種簡便的方法，使端板設(shè)計更加可靠、方便、科學(xué)。

                                                                                  專業(yè)從事機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計│有限元分析│強(qiáng)度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
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