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F. Rauscher:
"Design by Analysis: Direct Route for Cases With Pressure and Thermal Action";
Journal of Pressure Vessel Technology, Volume 130, Issue 1 (2008), 011201; S. 011201-1 - 011201-9.

Der Artikel beschäftigt sich mit der Direkten Methode beim Analytischen Zulässigkeitsnachweis, wie sie in der neuen europäischen Norm für unbefeuerte Druckgeräte (CEN, 2002, "Unfired Pressure Vessels-Part 3: Design," European Committee for Standardization No. EN 13445-3, Current Issue 14-2005) spezifiziert ist. Die Direkte Methode beschäftigt sich direkt mit den entsprechenden Versagensformen, und hat daher Vorteile gegenüber der traditionellen Methode, der Spannungskategorisierung.
Besondere Aufmerksamkeit wird dabei dem Nachweis gegenüber Fortschreitender Plastischer Deformation mit räumlich und zeitlich variierender Spannungsverteilung und dem Ermüdungsnachweis mit Spannungskomponenten, die nicht gleichmäßig variieren, gewidmet.
Um zu zeigen, wie man die direkte Methode in solchen Fällen anwendet, wird ein einfaches Demonstrationsbeispiel, ein Stutzen mit sich plötzlich ändernder Einspritztemperatur, verwendet. Dieses Beispiel wird mit sich sprunghaft ändernder Einspritztemperatur analysiert, wobei eine transiente thermische Analyse notwendig ist. Für den Nachweis gegen Fortschreitenden Plastische Deformation wird das Enspieltheorem von Melan sowie eine zyklische Belastung eines Finite Elemente Modells mit linearelastisch-idealplastischem Materialverhalten verwendet. Im Fall des Ermüdungsnachweises werden einige Probleme diskutiert: Eines davon ist das Zählen der Zyklen im Falle von nicht proportionaler Belastung und ein anderes ist die die Benutzung von Strukturspannungen und Spannungskonzentrationsfaktoren.

This paper focuses on the usage of direct route for design by analysis, which is included in the new European standard for unfired pressure vessels (CEN, 2002, "Unfired Pressure Vessels-Part 3: Design," European Committee for Standardization No. EN 13445-3, Current Issue 14-2005). The direct route addresses failure modes directly, having, therefore, advantages in comparison to the traditional method, which is stress categorization.
Special attention is given to the progressive plastic deformation design check (PD-DC) with space and time-dependent temperature distribution and the fatigue design check (F-DC) with stress components, which do not vary simultaneously.
As a simple demonstration example, a nozzle with cold media injection is used to show how the direct route can be applied in such cases. This example is analyzed with abruptly changing injection temperature,which makes a transient thermal analysis necessary. In the case of the PD-DC, Melan´s shakedown theorem and cycling of a finite element model with a linear-elastic ideal-plastic material model are used. In the case of the F-DC, some problems are discussed: One of them is cycle counting in the case of nonproportional loading, and the other one is the use of structural stresses and stress concentration factors.

Pressure vessel, nozzle, thermal stress, transient, design by analysis

http://dx.doi.org/10.1115/1.2826407