對(duì)閥門(mén)管道端部加載試驗(yàn)的載荷方向進(jìn)行了分析，驗(yàn)證了ASME QME-1 關(guān)于加載方向的合理性。

1、概述

　　核電能動(dòng)機(jī)械設(shè)備的鑒定標(biāo)準(zhǔn)ASME QME-1規(guī)定了用于核電站的能動(dòng)機(jī)械設(shè)備鑒定的要求和準(zhǔn)則，其中包括了鑒定的原理、程序和方法。在A(yíng)SME QME-1 的QVP-7370.1(d) 中對(duì)于閥門(mén)端部加載試驗(yàn)力矩應(yīng)當(dāng)作用于最可能對(duì)試驗(yàn)閥門(mén)裝置產(chǎn)生不利影響的平面和模式。對(duì)于大多數(shù)的閘閥和截止閥來(lái)說(shuō)，真空技術(shù)網(wǎng)(http://m.zlyvkd.cn/)認(rèn)為通常考慮為閥桿和管道中心線(xiàn)所在的平面，并趨向于關(guān)閉閥蓋孔。

2、研究?jī)?nèi)容

　　在具體的試驗(yàn)過(guò)程中，端部載荷通常是使用加載在延伸管道的一段，而力的方向?yàn)榇怪毕蛏? 圖1) 。端部的力矩加載的平面為閥桿和管道中心線(xiàn)所在的平面，這一點(diǎn)符合ASME QME-1 中的要求，力的方向?yàn)榇怪毕蛏�，形成的力矩為逆時(shí)針?lè)较虿⑶亿呄蛴陉P(guān)閉閥蓋孔，也是符合ASME QME - 1的要求。針對(duì)ASME QME-1 規(guī)范中端部加載的力矩方向必須趨向于關(guān)閉閥蓋孔的規(guī)定，通過(guò)理論的分析和有限元分析作出簡(jiǎn)要的論證。

3、理論分析

　　將閥門(mén)端部加載視為一個(gè)梁的彎曲過(guò)程。當(dāng)梁彎曲時(shí)，凸邊上的纖維拉長(zhǎng)，而凹邊上的纖維縮短，中性面垂直于載荷作用平面，并通過(guò)各截面的形心。因此，任何截面的中性軸均為水平的中性軸。截面保持為水平，纖維的單位應(yīng)變和應(yīng)力與距中性面的距離成正比。

圖1 端部加載試驗(yàn)

　　設(shè)L 為梁截面對(duì)中性軸的慣性矩，E 為材料的彈性模量，則可以得到任意點(diǎn)q 的纖維應(yīng)力σ = -M × Y /L，式中，M 為通過(guò)q 點(diǎn)截面上的彎矩，Y 為中性軸至q 點(diǎn)的距離。任意點(diǎn)q 的切應(yīng)力τ = V × A ×Y' /L × B，式中，V 為通過(guò)q 點(diǎn)截面上的垂直剪切力，A 為q 點(diǎn)以上或者以下部分截面的面積，Y'為中性軸至面積A 形心的距離，B 為通過(guò)q 點(diǎn)截面上測(cè)得的凈寬。

　　從梁的彎曲計(jì)算基本公式可以得出，任何截面上的最大纖維應(yīng)力均位于距中性軸最遠(yuǎn)的一點(diǎn)或者幾點(diǎn)上，而梁中的最大纖維應(yīng)力位于作用有最大彎矩的截面上，最大橫向切應(yīng)力位于作用有最大垂直剪力的截面上，任何截面上的最大橫向切應(yīng)力均位于中性軸上。

　　若將閥門(mén)以及管道視為一個(gè)變截面的梁，梁的彎曲計(jì)算基本公式只能作為參考，因?yàn)槠渲贿m用于靜定梁，超靜定問(wèn)題基本不適用。梁截面的突變會(huì)引起很高的局部應(yīng)力，最大水平和垂直切應(yīng)力不在中性軸上，而在上下表面上，這樣的水平切應(yīng)力通常容易引起破壞，這種破壞如果存在的話(huà)，是由壓應(yīng)力引起的。分析得出，若該應(yīng)力具有重復(fù)性，將會(huì)很容易引起疲勞破壞，這也就是ASME 規(guī)范在疲勞分析中非常關(guān)注閥體轉(zhuǎn)角區(qū)域的厚度連續(xù)性問(wèn)題的原因。當(dāng)然，梁截面突變引起的局部應(yīng)力也可適當(dāng)考慮應(yīng)力集中系數(shù)。

　　如果把裝在管道上的閥門(mén)管道以上延伸部分看成是在梁上的集中力，那么對(duì)于一個(gè)簡(jiǎn)支梁或者一端簡(jiǎn)支一端受力或力矩的梁來(lái)說(shuō)，集中力存在的部位即是彎矩最大的部位。

　　通過(guò)理論分析可以得出結(jié)論，對(duì)于閥門(mén)端部載荷引起的彎曲應(yīng)力，在閥門(mén)整體結(jié)構(gòu)突變部位的截面上最大，如果存在破壞，則是由于壓應(yīng)力造成的，可見(jiàn)對(duì)于端部力矩的加載方向，應(yīng)該是趨向于關(guān)閉閥蓋孔的方向( 逆時(shí)針?lè)较? 。

5、結(jié)語(yǔ)

　　通過(guò)理論分析和有限元分析，驗(yàn)證了ASME QME -1 中對(duì)于端部加載試驗(yàn)的規(guī)定，( 端部加載) 試驗(yàn)力矩應(yīng)當(dāng)作用于最可能對(duì)試驗(yàn)閥門(mén)裝置產(chǎn)生不利影響的平面和模式。對(duì)于大多數(shù)的閘閥和截止閥來(lái)說(shuō)，通常考慮為閥桿和管道中心線(xiàn)所在的平面，并趨向于關(guān)閉閥蓋孔。在規(guī)范中，同時(shí)還考慮了相關(guān)的因素，如閘閥或者截止閥在開(kāi)啟和關(guān)閉過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)的密封件卡塞現(xiàn)象等，這是力矩方向引起的變形問(wèn)題，可以通過(guò)分析其彎曲應(yīng)力得出論證結(jié)果。