JB 4732—1995中錐殼與圓筒連接加強段設計方法的改進

薛明德，吳堅，李世玉

（1. 清華大學，北京 100084；2. 中國石化工程建設公司，北京 100101）

1 研究背景

原行業標準JB 4732—1995《鋼制壓力容器——分析設計標準》（2005 年確認）[1]中無折邊錐殼與圓筒連接加強段的設計方法形成于20 世紀八十年代末、九十年代初[2]，其中對于錐殼大端的適用范圍僅限于α≤30°，對于錐殼小端僅限于α≤45°，超過此范圍必須設置圓環殼折邊過渡。當大、小端圓筒直徑差別較小、連接二者之錐殼變徑段較短的結構，沒有給出設計方法。設計方法多數情況下僅限于0.002 ≤pc/KSm≤0.1。此外，當錐殼小端與圓柱殼連接時，連接處有較高而分布范圍超出“局部”薄膜應力定義的局部薄膜應力，控制加強段設計厚度的是局部薄膜應力PL；原JB 4732—1995 采用設計準則為應力強度SII≤1.1Sm，但在最近的美國ASME 規范[3]中，卻將準則SII的許用值修改為1.5Sm。究竟應當采取何種設計準則也必須加以研究。為將錐殼大端和小端與圓筒連接加強段的適用范圍統一擴大至α≤60°，0.001 ≤pc/KSm≤0.1 ，對此進行了二十多年的研究工作，發現必須對該方法的力學理論基礎進行深入分析。問題主要包括以下兩個方面。

1.1 薄殼理論簡單邊界效應解的局限性

在JB 4732—1995 中，錐殼的應力分析方法是基于薄殼理論的簡單邊界效應解。軸對稱錐殼邊緣效應的薄殼理論方程本來是一個復雜的四階變系數常微分方程[4]：

式中s為錐殼的經向坐標，錐殼經線轉角γ= dw/ds，錐殼各點不同的第二曲率半徑ρ2=r/cosα，r為所分析點處錐殼的平行圓半徑。

由于薄殼中邊緣效應具有沿經向從邊界向殼體內部迅速衰減的特點，在一定條件下可將上述方程簡化為一個當量圓柱殼方程，所求得的解稱為簡單邊界效應解。……