are used for the finite-element analysis of intersecting shells. The applied procedure
is implemented using the developed ad hoc software SAIS. A variant of combined
loading of the connection by internal pressure and bending moment with their
proportional growth is considered. A generalized curve of limit plastic loads is
obtained for a particular model of hemispherical shell with a branch pipe.
Keywords
:
spherical shell, branch pipe, elastic-plastic analysis, finite-element method,
combined loading, criterion for determing limit plastic load.
Сосуды и аппараты, работающие под давлением, нередко имеют
полусферические днища с патрубками (или штуцерами). Основной
эксплуатационной нагрузкой является внутреннее избыточное давле-
ние, однако при проектировании сосудов обычно требуется учитывать
внешние силы и моменты, передаваемые на патрубок со стороны при-
соединяемых трубопроводов. Как правило, эти механические нагрузки
в виде сил и моментов задаются приближенно. Поэтому необходимо
оценить критические случаи нагружения, чтобы предупредить воз-
можную потерю несущей способности конструкции.
В настоящее время в различных зарубежных нормах прочности
для сосудов давления и трубопроводов регламентируются три вида
прочностного анализа конструкций [1–3], основанные на линейном
анализе напряженного состояния и использовании категорий упру-
гих напряжений; на классическом предельном анализе; на нелинейном
анализе.
В последние годы наибольшее внимание уделяется исследованиям
на основе нелинейного анализа [4]. Один из подходов к оценке допус-
каемых нагрузок основан на определении предельных пластических
нагрузок, вызывающих недопустимое пластическое деформирование
конструкции. Однако исследований в этой области для сосудов с па-
трубками и соединений трубопроводов в случае совместного действия
нескольких нагрузок крайне мало, в частности, для сферической обо-
лочки с патрубком.
Одна из первых задач оценки предельной нагрузки сферической
оболочки с радиальным патрубком при действии внутреннего давле-
ния была рассмотрена А.Н. Семененко [5, 6] при использовании ме-
тодов предельного анализа конструкций. Были определены нижняя и
верхняя границы предельного давления для расчетных случаев патруб-
ка с фланцем и без него.
В работе [7] приведены результаты экспериментальных и теоре-
тических исследований для стальных моделей сферической оболочки
с радиальным толстостенным патрубком для различных случаев ком-
бинированного действия внутреннего давления и какой-либо внешней
нагрузки, приложенной к патрубку (осевая сила, момент в плоско-
сти, сдвигающая сила). Теоретические результаты получены на осно-
ве классического предельного анализа с использованием диаграммы
4 ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2014. № 2
