CAESAR II Cambios Recientes en ASME B31.3 y su - Intergraph

CAESAR II

Cambios Recientes en ASME B31.3 y su Implementación en y p

CAESAR II

Actualizaciones Recientes a B31.3

Factor cíclico en el rango de esfuerzos de expansión g ppermitido .

Esfuerzo longitudinal debido a las cargas sostenidas Esfuerzo permitido para cargas ocasionales. Apéndice P Apéndice S Apéndice S Reducción de la resistencia de las uniones soldadas. B31E B31E

Salvo que se indique lo contrario, en esta presentación, q q ptodas las referencias de ASME B31.3 son para la Edición 2010.

Nota sobre la Edición del Código y la Versión Actual de CAESAR II y la Versión Actual de CAESAR II

CAESAR II Versión 2011 F e liberado el 22 CAESAR II Versión 2011 - Fue liberado el 22 de noviembre 2010.

ASME B31.3 Edición 2010 - Fue liberada el 31 de marzo 2011de marzo 2011.

CAESAR II 2011 No hace referencia CAESAR II 2011 – No hace referencia directamente a B31.3 - 2010

Rango de Tensiones de ExpansiónsqzExpansiónsqz

El rango de tensiones de expansión debe ser El rango de tensiones de expansión debe ser inferior a SA

SA se define en las ecuaciones (1a) y (1b). SA es una función del factor cíclico f

Rango de Tensiones de Expansión

La definición de f ha La definición de f ha cambiado:

Gráfica de f

Rango de Tensiones de Expansión

Cambios a los factores altos y bajos de ciclo – f Cambios a los factores altos y bajos de ciclo f Se han agregado ecuaciones y se eliminó la tabla

simplificada. Factores f extendidos desde 2,000,000 ciclos a un

número ilimitado de ciclos. Factores f mayores que 1 permitidos para menos de

7,000 ciclos.

Extensión a Ciclos Inferiores

Un aumento en f , hasta 1.2 se permite. Este es el margen entre el rango admisible de tensión

de desplazamiento y el rendimiento dos veces 1 2*1 25(S Sh) 1 5*[2/3(S ) 2/3(S h)]1.2*1.25(Sc+Sh) = 1.5*[2/3(Syc)+2/3(Syh)]

= Syc+Syh Comportamiento “Shakedown” se conserva Comportamiento Shakedown se conserva . No está permitido para las temperaturas en el

régimen de fluencia.régimen de fluencia. No está permitido para algunos materiales en los que

las normas existentes pueden ser no-conservadoras .

Extensión a Ciclos Superiores

Un rango de límite de tensión de resistencia se calculó gsobre la base de ASME OM-3 *, que ofrece directrices para la evaluación de la vibración de tuberías de las centrales nuclearescentrales nucleares.

Un factor f de 0.15 da un rango de tensión límite de resistencia del material típico de acero al carbono. p

El factor de 0.15 es conservador para el material de acero inoxidable austenítico.

* ASME OM-3: Ensayo Pre-operacional y de Vibraciones al Arranq e Inicial de Sistemas de T berías de Plantas deArranque Inicial de Sistemas de Tuberías de Plantas de Energía Nuclear.

Fatiga para Ciclos Altos

Un trabajo reciente (Hinnant y Paulin) ha demostrado j ( y )que las curvas originales de fatiga desarrolladas por Markl son más planas de lo que deberían ser.

Esto las hace potencialmente poco conservadoras en ciclos altos.

Se está trabajando para desarrollar un nuevo apéndice Se está trabajando para desarrollar un nuevo apéndice (propuesto como Apéndice W) para proporcionar normas mejoradas de fatiga para ciclos altos.

Es posible que f =6N-0.2 se convierta en:f=17N-0.32

Implementación en CAESAR II

Para simplificar este ejercicio,utilizar la ecuación (1a):

SA=f(1.25Sc+0.25Sh)

N


SA=f(1.25Sc+0.25Sh)=f*100MPaSA f(1.25Sc 0.25Sh) f 100MPa

f=6N-0.2

Máximo=1.0


SA=f(1.25Sc+0.25Sh)=f*100MPaS ( 5Sc 0 5S ) 00 a

f=6N-0.2

Máximo=1.2

Una Ecuación para Esfuerzsoslongitudinales debido a las cargas

t id sostenidas

Edi i i 302 3 ( )Ediciones anteriores: 302.3.5 (c) -La suma de las tensioneslongitudinales, SL, en cualquiercomponente en un sistema detuberías debido a las cargastuberías, debido a las cargassostenidas tales como la presión yel peso, no excederá de Sh.

Una Ecuación para Esfuerzsoslongitudinales debido a las cargas

t id sostenidas

Hasta 2010, el Código Básico proveía la descripción , g p pverbal para los límites de la tensión longitudinal debido a las cargas sostenidas. Incluye el esfuerzo debido a la carga axial y al momento flector Incluye el esfuerzo debido a la carga axial y al momento flector. Utiliza las tolerancias mínimas de espesor de la pared. Enuncia que las cargas son usualmente calculadas con base en

l i l l t ió lt t d llel espesor nominal y la tensión resultante de aquellas cargas está basada en espesores con margen de tolerancia inferior. (corrosión / erosión / mecánico) N d l t ió No se ocupa de la torsión

No se ocupa de los índices de tensión.

Nuevo Párrafo 320

Proporciona una ecuación específica para el cálculo del p p pesfuerzz debido a las cargas sostenidas*

Anteriormente presentada en el Code Case 178. El estrés debido a la torsión esta específicamente

incluido. Índices de estrés están incluidos Índices de estrés están incluidos.

* Tenga en cuenta que* Tenga en cuenta que el término "longitudinal" se ha eliminado, pero la etiqueta SL permaneceetiqueta SL permanece.

Índices de Esfuerzos

0.75 incluido como un índice de estrés para el 0.75 incluido como un índice de estrés para el cálculo de esfuerzos de flexión debido a cargas sostenidas.

Aplicabilidad de 0.75 para componentes que no sean codos es cuestionable, pero los beneficios de tener un enfoque consistente llevó a latener un enfoque consistente llevó a la incorporación.

Factor 0.75 mismo que B31.1 Factor 0.75 mismo que B31.1

Tensión debida a la Carga Axial

El término de fuerza axial ahora incluye específicamente y pfuerza axial debida a la presión interna, el esfuerzo de presión ya no se añade como PD/4t (CAESAR II utiliza por defecto PA /A )por defecto PAin/Axs)

Como tal, la ecuación es siempre correcta, teniendo en cuenta el efecto potencial de las juntas de expansión.


B31.3-2010 párrafo 3.20 pse puede aplicar ahora mediante la configuración del switchconfiguración del switchdel Code Case178 a TRUE en el archivo de

fconfiguración. Esto no incluye los

índices de esfuerzo axialíndices de esfuerzo axial y de torsión.

Tensión Permitida para Cargas Sostenidas Sostenidas

Tensión Permitida para Cargas Ocasionales Ocasionales

Alternativa Admisible para Cargas Ocasionales Ocasionales

Para "temperaturas elevadas“, normalmente por encima p pde 800º F (427ºC), la suma de las tensiones longitudinales debidas a la presión, peso, otras cargas sostenidas y tensiones producidas por cargas ocasionales, SL, no debe p p gexceder del 90% de la resistencia a la fluencia a tantas veces la temperatura con factor de reducción.

SL 0.90(Syt)(X)(Ec); Ec es factor de calidad de SL 0.90(Syt)(X)(Ec); Ec es factor de calidad de fundición Donde el factor de reducción de fuerza X = 1.0 para los

aceros inoxidables austeníticos y 0 8 para otrosaceros inoxidables austeníticos y 0.8 para otros materiales

Esta alternativa no se puede utilizar para materiales con t i t dú tilcomportamiento no dúctil.


CAESAR II no identifica tensiones básicas CAESAR II no identifica tensiones básicas admisibles controladas por la fluencia.

El ajuste al límite de tensión permitido para cargas sostenidas y ocasionales se mantiene como responsabilidad del usuario.

Apéndice P

Reglas Alternativas para Análisis de Flexibilidad en el Apéndice P de Flexibilidad en el Apéndice P

Son reglas alternativas Son reglas alternativas Tanto el Código Base como el Apéndice P pueden

ser utilizados para evaluar el rango de expansión por tensión.

Si cualquiera se satisface, el sistema está conforme l Códi d f ll l tal Código - puede fallar una y pasar la otra, pero

ambos son conservadores.

Condiciones de Operación

Un análisis de fatiga más completo, observando las U g p ,diferencias entre las condiciones de operación, en lugar de sólo considerar la tensión de desplazamiento

Efectos no lineales son incluidos inherentemente, como son los cambios en el esfuerzo de soportes.

No hay ninguna ambigüedad en relación con la No hay ninguna ambigüedad en relación con la inclusión de SL en el esfuerzo admisible, como en el Código Base. (SL está sujeta a variación dependiendo de la configuración activa y no lineal del soporte.)

(1b): SA=f [1.25(Sc+Sh-SL)]

Apéndice P

Análisis de fatiga basado en las diferencias de los gestados de carga combinados, como lo sería en un análisis detallado de la fatiga, como por la Sección VIII Div 2VIII, Div 2.

El rango de tensión se calcula y se compara con la tensión permisible de1.25f(Sc+Sh)tensión permisible de1.25f(Sc Sh)

SL no está incluido en el rango permitido, el mecanismo de prevención de ratchet debe ser manejado de manera diferente.

Apéndice P

El paro a temperatura ambiente es una de las El paro a temperatura ambiente es una de las condiciones de operación (por lo que el rango de ésta a otras condiciones de operación es

id d )considerado) . Los esfuerzos debidos a cargas axiales siempre se

incluyen de manera que están incluidos si sonincluyen, de manera que están incluidos si son significativos (lo que es un requisito del Código Base).

Apéndice P

Factores de intensificación de tensión Factores de intensificación de tensión proporcionados para cargas axiales basados en el juicio del comité: Cuanto mayor sea, fuera del plano para flexión sif se

utiliza como el sif axial, a excepción de los codos. Dado que la carga axial sobre un codo crea flexión en Dado que la carga axial sobre un codo crea flexión en

el otro lado del codo, no se incluye sif adicional de carga axial.

Básicamente considera la carga axial como un equivalente de flexión.

*sif : stress intensification factos: factores de intensificación de tensiones.

Control de Ratchet

El Ratchet es prevenido limitando el esfuerzo de operación máximooperación máximo. (Referencia: http://www.barc.gov.in/publications/eb/golden/reactor/toc/chapter14/14_6.pdf)

Este límite reduce de forma efectiva el rango de tensión de desplazamiento admisible debido al aumento de lasde desplazamiento admisible debido al aumento de las cargas sostenidas

Máxima tensión de operación limitada a 1.5(Sc+Sh)



Para este trabajo, f=1.2


Apéndice S

Apéndice S

Ejemplo de problemas de análisis de flexibilidad Ejemplo de problemas de análisis de flexibilidad provistos ahora en el Apéndice S.

Demostrar el propósito del Código para el análisis de flexibilidad: Un caso sencillo

U il t t li l l t b Un caso que ilustra un soporte no lineal, con el tubo de elevación fuera del soporte.

Un caso con momento revertido. Un caso con momento revertido.


Los resultados de CAESAR II fueron incluidos en Los resultados de CAESAR II fueron incluidos en estos ejemplos:

NO se utilizó configuración por defecto.




Unión Soldada,Factor de Reducción de ResistenciaFactor de Reducción de Resistencia

“La falla de esta línea de vapor de diámetro de 30 pulgadas, funcionando a 900 psi y 1000 °F apagó el Mohave una plantafuncionando a 900 psi y 1000 F, apagó el Mohave, una planta eléctrica de California. El fallo se produjo a lo largo de una soldadura longitudinal en la tubería. Ingenieros de BEAR determinaron que aunque el metal de soldadura era más fuerte que la tubería de acero a temperatura ambiente, la fluencia, o tasa de deformación a alta temperatura del metal soldado era 10 pveces mayor que el metal base del tubo. Esta discrepancia llevó a la falla después de 10 años de funcionamiento. Los códigos de tubería ASME se han cambiado para evitar que este tipo de fallo basado en parte en el trabajo de análisis realizado por BEAR sobre este error y otros ". -htt // b i / j t / fi l t ht lhttp://www.bearinc.com/projects/refinerypowerplants.html

Unión Soldada,Factor de Reducción de Resistencia

Introducido en la edición de 2004.

Factor de Reducción de Resistencia

Grupo de Trabajo formado para incluirlo en B31.1 y la Sección I desarrolló un consenso que ha dado lugar a algunos cambios en la edición 2008 delugar a algunos cambios en la edición 2008 de B31.3.

Se aplica al régimen de fluencia, comenzando a una p gtemperatura de 50 °F, bajo la temperatura TCR , en donde gobiernan las propiedades de fluencia, al establecer lo permitidoestablecer lo permitido.

Reconoce que muchas piezas soldadas tienen resistencia a la fluencia menor que el material de bbase.

Unión Soldada,Factor de Reducción de Resistencia

La resistencia a la

Factor de Reducción de Resistencia

La resistencia a la fluencia de las soldaduras puede ser

l i t imenor que la resistencia a la fluencia del material base.base.

Consideración obligatoria en la tensión de membrana.

Opcional en tensión de fl ióflexión.

Factor de Unión Soldada


Factor W, se aplica en el diseño de presión., p p Factor W, se aplicaba a soldaduras

circunferenciales para la tensión longitudinal debido a las cargas sostenidas pero esto fue cambiado aa las cargas sostenidas, pero esto fue cambiado a modo de compromiso para obtener normas consistentes entre los códigos.

El código ahora establece que la aplicación de W para la evaluación de esfuerzos longitudinales debido a cargas sostenidas es responsabilidad deldebido a cargas sostenidas es responsabilidad del diseñador.


Factor W, no se aplica para tensión debido a cargas Factor W, no se aplica para tensión debido a cargas ocasionales, debido a su corta duración.

Factor W, no se aplica a una tensión de tipo expansión térmica ya que estas tensiones se relajan en el régimen de fluencia y no se mantienen.L l d b d ll d l Los valores deben ser desarrollados por los ensayos de fluencia.


En CAESAR II,

p

En CAESAR II, WI hace referencia a

ld dsoldaduras longitudinales

Aquí un valor de Aquí, un valor de 0.85 se introduce para el acero inoxidable 304 a 600°C.


Por defecto, las

p

Por defecto, las soldaduras circunferenciales no se comprueban

Si Wc está Si Wc está activo, entoncesSL ≤ (Wc)(Sh)


En CAESAR II, Wc hace referencia al valor

p

En CAESAR II, Wc hace referencia al valor especificado para soldaduras circunferenciales

Aquí, el valor de 0.85 se introduce:


Algunos materiales

p

Algunos materiales de CAESAR II tienen W

ifi despecificado. Usted puede

agregar sus propiosagregar sus propios datos también.

ASME B31E

Nuevo estándar para la evaluación de los sistemas Nuevo estándar para la evaluación de los sistemas de tuberías para las cargas sísmicas.

Pensado para ser referenciado por todos los códigos B31.

Proporciona diseño por reglas para la mayoría de l i tlos sistemas.

Requiere un análisis detallado únicamente para sistemas críticos de diámetro mayorsistemas críticos de diámetro mayor.

Proporciona una nueva tensión admisible para cargas sísmicas.g

ASME B31E

Actualmente ASME B31.3 no hace referencia explícita a B31E:B31E:

B31.3 B31E

Ambos documentos Ambos documentos hacen referencia al Código de Construcción gUS ASCE 7

B31E

B31E define el esfuerzo B31E define el esfuerzo admisible para cargas sostenida más sísmicas

Mínimo de: 2.4S

1 5S 1.5SY

60ksi (408MPa) Y un límite permitido para Y, un límite permitido para

fuerzas producidas por el movimiento de anclaje jsísmico.

B31E - 2010

La Edición del 2010 La Edición del 2010 define los términos ASCE 7 para establecer l í ila carga sísmica.


Hay cuestiones sin resolver con el uso de los

p

Hay cuestiones sin resolver con el uso de los requerimientos de la demanda sísmica del código de construcción para tuberías ASCE 7. ASD v LRFD (Factor 0,7 en LRFD proporciona ASD) Valor de R para tuberías

CAESAR II t l t t l B31E CAESAR II actualmente no contempla B31E.

En Conclusión

Durante los últimas ediciones de B31.3 se han Durante los últimas ediciones de B31.3 se han producido varios cambios que reflejan las capacidades mejoradas de análisis más allá de la

l d ál l l f di ñ dregla de cálculo para el que fue diseñado originalmente el Código.

CAESAR II ha ido a la par con estos cambios y ha participado en este desarrollo.participado en este desarrollo.

Gracias por su Atención

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