WRC107
适用范围： 对球壳或柱壳形式的容器壁上实心附属元件的局部应 力 附属元件可以为圆筒形、方形、矩形
WRC107
计算原理
规范选择附属元件、接管与壳体连接处为分析对象，并在连接部位定义八个 点，Au~Du为外表面点，Al~Dl为内表面点（所有点为壳体上的点），对 该8个点进行应力分类 – 应力合成 – 应力评定
会生成局部弯曲应力； 介质压力对壳体产生一次总体膜应力
WRC107
仅由介质压力p所引起的薄膜应力为一次总体薄膜应力Pm； 由外加载荷所引起的薄膜应力的叠加为一次局部膜应力PL； 由外载荷所引起的弯曲应力为二次应力Q； 如果连接处存在过渡圆弧，可能引起附加应力（K-1）PRm/2t
，如果进行疲劳分析，则应带入相关应力集中系数，当没有 参考值时，按照K=1.0计算（即不考虑）。附加应力在 WRC107当中划分为Q的一部分。
相关有限元分析程序 FEP有限元系列软件
FEP有限元系列软件
严格按照ASME VIII-2应力分类进行局部应力分析及 校核。
FEP有限元系列软件 板壳单元结构局部应力计算
FEP有限元系列软件 支撑件对薄壁管的局部应力分析
FEP有限元系列软件 薄壁管（壳单元）模型的局部应力分析
四、ASME应力分类
压力管道局部应力分析
概述
局部应力分析贯穿于整个管道应力分析及压力容器 的设计分析工作当中。理解局部应力在管道及设备 当中的成因和影响，对分析设计工作至关重要。
概述
Part Ⅰ局部应力的应用 Part Ⅱ局部应力计算方法
一、局部应力的应用
➢ 管道专业的应用
➢ 设备专业的应用
管道专业的应用
设备专业的应用
压力容器在压力、温度、外部集中力、风载、地震……等载 荷作用下可能导致管口、支撑件与壳体局部连接处失效，这 些问题常规分析方法往往已不适用，应采用 WRC107/297/PD5500或有限元法来进行局部应力分析以确 保局部连接处在设备运行时安全可靠。
管道系统常见局部失效
管道系统常见局部失效
什么范围可以使用WRC107/297？ 为什么？？
三、有限元分析(NozzlePro/FEpipe)
为了能够表示出WRC107、297计算的误差，使用有 限元分析软件(NozzlePro/FEpipe)来进行对比计算。
有限元法严格按照理论分析方法，结合ASME Ⅷ-2 中的应力分类来对特定结构进行应力计算，当满足 理想化假设条件时，其结果与真实应力十分接近， 并且有限元分析法不受任何几何条件的限制，计算 精度与网格划分的疏密程度相关。
T之比在20-55之间时，则可不用考虑d/D条件 一般情况下筒体的d/D应小于0.25，当满足特定条件时，其值
可以提高至0.6
WRC107应用范围及限制条件
WRC107应用范围及限制条件
WRC297应用范围及限制条件
WRC297继承了WRC107的一些限制条件，另外，当连接区 域的接管壁厚小于补强壁厚时，其局部应力计算值可能过于 保守
采用有限元法对特殊管件进行分析，得到应力集中系数；
II. 应力增大系数等于应力集中系数的一半。
应力增大系数应用的注意事项！
根据GB 50316、ASME B31.1和ASME B31.3的规定，计算二次应力时应 采用应力增大系数。这是由于采用应力增大系数的目的，是考虑局部应力 集中的影响，而局部应力集中主要对管件的疲劳破坏产生作用。因为局部 的高应力循环，将使材料产生裂纹并不断扩展，最终导致破坏。校核二次 应力的目的正是为了防止疲劳破坏，因此在计算二次应力时必须考虑应力 集中的影响，应该采用应力增大系数。另外，根据ASME B31.3的标准释 义，计算一次应力可不考虑应力增大系数。这主要是因为校核一次应力是 为了控制管道的整体破坏，局部的应力集中对管道的整体破坏影响不大。 另外一次应力采用弹性分析方法，认为某一点达到屈服管道失效，已经非 常保守，如果在考虑应力集中的影响将导致过分保守。
有限元分析(NozzlePro/FEpipe)
•图线表示筒体轴 向应力增大系数曲 线，当d/D＜0.5时 ，WRC 107的应 力增大系数与实际 接近，从整个d/D 范围上看， WRC297的结果更 为保守（SIF更大 ），其值从2~15 进行变化。
有限元分析(NozzlePro/FEpipe)
d/t必须在20~100之间，除非超范围后接管仍能按照刚性考虑 （即梁单元），如能满足后者，则任意比值均可
D/T必须在20~2500之间 d/T≥5 d/D≤0.5（满足D/T前提下），通常应当小于0.33
WRC297应用范围及限制条件
接管必须为各向同性截面，对容器一侧，计算范围不超出
，对接管一侧，计算范围不超出
•在不同D/T、d/t数值下的轴向应力增大系数对比曲 线
有限元分析(NozzlePro/FEpipe)
•图线表示筒体平面 内弯曲应力增大系数 曲线，由数值上看， WRC107在d/D＜0.6 范围内计算的局部应 力偏小，WRC297则 在整个范围内应力偏 高
有限元分析(NozzlePro/FEpipe)
WRC107
校核准则： Pm<[σ]h Pm+PL <1.5[σ]h Pm+PL+Q<3[σ]h
WRC297
WRC297是WRC107的增补，与WRC107起到相互补充的作 用；
WRC107以球壳或柱壳上的圆形或方形实心体为基本力学模 型，因而能够计算附近有支座、接管作用下筒体的局部应力 ，但是不能计算圆形空心附件（接管）的局部应力
管道系统常见局部失效
压力容器接管处引发的局部失效
应力增大系数
应力增大系数——Stress Intensification Factor，用 于表示弯头、三通等几何变形不光滑（或几何不连 续）处的应力增大现象，其值等于直管应力与相同 条件下弯头、三通等管件的应力之比，其值通常大 于1：
••2A0E20C/1s0o/1f1t
应力增大系数
规范对应力增大系数的考虑： B31.1
B31.3
应力增大系数
弯头的应力增大系数
三通的应力增大系数
应力增大系数的大小 与管件的直径、壁厚 、是否补强、弯曲半 径等因素有关。
管道系统中SIF的局限性
上述针对管道的应力增大系数的研究均是以梁单元 为模型进行实验得到的。换言之，上述SIF的计算公 式及软件的计算过程均针对D/t≤100，当D/t＞100时 ，管道进入薄壁系列，其局部失稳特性开始表现出 来，此时再按照管道标准进行计算将引起误差。因 此，应用于大直径薄壁管、管道-设备连接点的局部 应力分析准则应运而生。
有限元分析(NozzlePro/FEpipe)
结构的局部区域由于存在应力增大，其峰值应力的 精确度决定了局部应力计算的精确度。根据应力增 大系数的定义，我们不妨通过求解WRC107、 WRC297、有限元法下局部区域的应力增大系数来 进行比较。
SIF=管件的局部峰值应力÷等效直管峰值应力 =(PL+Pb+Q+F) ÷(M/Z)
强区域来进行近似计算 2.不能计算非标准形式下的局部应力（例如斜接管、
非径向接管等） 3.不能计算设备顶部接管及偏移接管形式下的局部应
力
WRC107应用范围及限制条件
4.仅计算连接处筒体内外平面的八个点的局部应力，不能考 虑完整情况
5.不能全面而精确的考虑介质内压与外载荷的合成应力 6.在球壳下，d/D小于1/3，但当球壳平均直径Dm与球壳壁厚
WRC107、297概述
WRC107及297——美国焊接研究委员会第107号公报及其增 补297公报，给出了外载作用下壳体局部应力的计算原则及其 计算公式。CAESARII 内置的WRC107/297分析模块能够完 全按照公报的要求，自动进行局部应力的计算，并能出具校 核报告。需要注意的是，WRC107未考虑介质内压的影响， 在计算局部应力时，对于实心附件，一般额外叠加壳体的整 体膜应力PD/2t 。对于空心附件，还需要叠加由结构不连续 引发的附加应力（K-1）PRm/2t。
压力管道应力分析采用的是梁单元有限元法来分析。但是大口径薄壁 管道的应力分析比较特殊，其管道单元属性已经超过梁单元定义范围， 其既具备梁单元属性也具备壳单元属性，此类管道的柔性设计往往只能 保证管道自身强度，对于一些管口、特殊弯头、法兰、变径段、三通、 管道支架……等局部失效无法进行更为精确的强度评定。此外这些管件 在管道应力分析中所使用的SIF也规范中的常规计算方法已不适用。因 此我们需要采取其它手段（规范）来进行局部应力校核。（ WRC107/297、有限元）
WRC297则以球壳或柱壳上开孔的圆形空心元件作为基本力 学模型，因此可以计算连接处筒体周围的局部应力（这一部 分与WRC107基本相同），以及接管上的局部应力。
WRC297
与WRC107相同的，WRC297遵循 ASME Ⅷ-2中对 应力进行分类的原理，在外载荷及介质压力作用下 ，在局部四个点产生薄膜应力、弯曲应力、剪切应 力等。对于接管局部应力的计算，由于不考虑接管 和筒体连接处引发的应力集中，因此不计算附加峰 值应力。
•在不同D/T、d/t数值分析(NozzlePro/FEpipe)
•图线表示筒体平 面外弯曲应力增大 系数曲线，由数值 上看，WRC107在 d/D＜0.7范围内计 算的局部应力与真 实值接近，而 WRC297则在整个 范围内应力偏高
有限元分析(NozzlePro/FEpipe)
一次总体膜应力： 由内压或机械载荷引起，用于描述设备整体为平衡
外载荷所产生的应力，在分析设计中其失效体现为 所有截面应力超出屈服极限
••2A0E20C/1s0o/1f1t
应力增大系数的确定方法
确定应力增大系数可采用疲劳试验和数值分析两种方法。其中疲劳试验方法是确定应力增大系 数的直接方法，也是基本方法。数值分析方法一般建立在现有疲劳试验基础之上。