(1.清华大学 工程力学系,北京 100084；2.中国石化工程建设公司,北京 100101)

0 引言

在我国压力容器现行标准[1-2]中，锥壳小端采用的设计准则式为：

Pm⟹SⅠ≤Sm

(1)

PL⟹SⅡ≤1.1Sm

(2)

PL+Q⟹SⅣ≤3.0Sm

(3)

众多的算例都显示，在锥壳小端与圆柱壳连接部位，控制补强设计厚度的准则是SⅡ的许用值，需要对此类结构SⅡ许用值的合理取值进行研究。本文通过塑性分析建议：以下列准则式代替准则式(2)，即：

ps/p≥1.5

(4)

式中ps——结构的塑性极限压力；

p——设计压力。

由文献[5]所给出的弹性薄壳理论解，计算得到最大总体加局部薄膜应力强度SⅡ。将设计准则式(2)由准则式(4)替换，依据薄壳理论解所得弹性名义应力的SⅡ，再通过弹塑性分析，由结构的极限压力准则式(4)确定SⅡ的许用值，从而确定结构所需的补强系数Qs。

1 内压作用下锥壳大、小端分别与圆柱壳相连接结构的塑性极限压力

20世纪后期，文献[6]对锥壳大、小端分别连接圆柱壳的结构导出了塑性极限分析的理论解，其力学模型见图1[6]。

t-壳体的厚度δr;α-锥半顶角;R2,R1-大、小端圆柱壳半径

图2 5种可能的塑性流动机构

文献[6]中对圆柱壳采用单矩弱作用的Tresca屈服条件，对锥壳采用双矩弱作用的Tresca屈服条件[7]，得到了极限分析的完全解;文献[6]中还给出不同几何参数(α,R2/R1,t/R1)条件下结构可能发生的5种塑性流动机构(见图2[6])及塑性流动机构与这些几何参数的关系，图3[6]示出其中的一例。其中塑性流动机构A为锥壳大端与大圆柱壳先破坏，发生在α和R2/R1较大、t/R1较小时；塑性流动机构C,D为锥壳小端与小圆柱壳先破坏，塑性流动机构E为小圆柱壳先破坏，这三种塑性流动机构发生在α和R2/R1较小时；……