45°焊接斜三通应力增大系数的分析计算

郭 礼 闫东军 代长林 高建林 董安轲 王 毅 吴振元

中国石油工程建设有限公司西南分公司, 四川 成都 610041

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45°焊接斜三通被广泛应用于石油化工生产的放空系统中,起着连接各装置放空管线与全厂放空总管的作用。斜三通由于几何形状不连续,容易产生应力集中,导致材料抗疲劳能力的削弱。严格控制斜三通处的应力水平,对保护管系安全具有重要意义。因此在进行管道应力分析中的位移应力校核时引入了应力增大系数。

45°焊接斜三通作为一种特殊的三通型式,其应力增大系数在ASME B31.3Process Piping[1](以下简称ASME B31.3)中并未直接给出计算公式。在缺乏相关数据的情况下,工程中往往采用ASME B31.3附录D中的未补强型焊制三通公式进行近似计算。但ASME B31.3附录D的这些公式基于Markl A R C[2-4]在20世纪50年代的一系列疲劳实验数据,其适用范围为D/T≤100且 0.5

确定应力增大系数的方法主要有疲劳实验法和数值分析法[11-13]。ASME从2001年开始重新针对各类管件进行了大量的疲劳实验,并在2017年将更为完善的应力增大系数经验公式编写到ASME B31JStandard Test Method for Determining Stress Intensification Factors(i-factors) for Metallic Piping Components[14](以下简称ASME B31J)中,适用于所有的ASME B31系列规范。但ASME B31J中仍并未对斜三通进行疲劳实验,并认为可以使用数值分析法来确定斜三通的应力增大系数。Mair D[15]利用ANSYS软件研究了不同支管开孔角度对斜三通应力增大系数的影响。聂磊等人[16]利用ANSYS Workbench对异种钢焊接斜三通进行了有限元计算,结果表明利用ASME B31.3附录D中未补强型焊制三通公式计算结果偏于不安全。梁银林等人[17]利用FEATools对高温高压管系焊接斜三通应力增大系数进行计算,总结出各因素对应力增大系数的影响规律。……