對閥門管道端部加載試驗的載荷方向進行了分析，驗證了ASME QME-1 關于加載方向的合理性。

1、概述

　　核電能動機械設備的鑒定標準ASME QME-1規定了用于核電站的能動機械設備鑒定的要求和準則，其中包括了鑒定的原理、程序和方法。在ASME QME-1 的QVP-7370.1(d) 中對于閥門端部加載試驗力矩應當作用于最可能對試驗閥門裝置產生不利影響的平面和模式。對于大多數的閘閥和截止閥來說，真空技術網(http://smsksx.com/)認為通常考慮為閥桿和管道中心線所在的平面，并趨向于關閉閥蓋孔。

2、研究內容

　　在具體的試驗過程中，端部載荷通常是使用加載在延伸管道的一段，而力的方向為垂直向上( 圖1) 。端部的力矩加載的平面為閥桿和管道中心線所在的平面，這一點符合ASME QME-1 中的要求，力的方向為垂直向上，形成的力矩為逆時針方向并且趨向于關閉閥蓋孔，也是符合ASME QME - 1的要求。針對ASME QME-1 規范中端部加載的力矩方向必須趨向于關閉閥蓋孔的規定，通過理論的分析和有限元分析作出簡要的論證。

3、理論分析

　　將閥門端部加載視為一個梁的彎曲過程。當梁彎曲時，凸邊上的纖維拉長，而凹邊上的纖維縮短，中性面垂直于載荷作用平面，并通過各截面的形心。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，纖維的單位應變和應力與距中性面的距離成正比。

圖1 端部加載試驗

　　設L 為梁截面對中性軸的慣性矩，E 為材料的彈性模量，則可以得到任意點q 的纖維應力σ = -M × Y /L，式中，M 為通過q 點截面上的彎矩，Y 為中性軸至q 點的距離。任意點q 的切應力τ = V × A ×Y' /L × B，式中，V 為通過q 點截面上的垂直剪切力，A 為q 點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q 點截面上測得的凈寬。

　　從梁的彎曲計算基本公式可以得出，任何截面上的最大纖維應力均位于距中性軸最遠的一點或者幾點上，而梁中的最大纖維應力位于作用有最大彎矩的截面上，最大橫向切應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力均位于中性軸上。

　　若將閥門以及管道視為一個變截面的梁，梁的彎曲計算基本公式只能作為參考，因為其只適用于靜定梁，超靜定問題基本不適用。梁截面的突變會引起很高的局部應力，最大水平和垂直切應力不在中性軸上，而在上下表面上，這樣的水平切應力通常容易引起破壞，這種破壞如果存在的話，是由壓應力引起的。分析得出，若該應力具有重復性，將會很容易引起疲勞破壞，這也就是ASME 規范在疲勞分析中非常關注閥體轉角區域的厚度連續性問題的原因。當然，梁截面突變引起的局部應力也可適當考慮應力集中系數。

　　如果把裝在管道上的閥門管道以上延伸部分看成是在梁上的集中力，那么對于一個簡支梁或者一端簡支一端受力或力矩的梁來說，集中力存在的部位即是彎矩最大的部位。

　　通過理論分析可以得出結論，對于閥門端部載荷引起的彎曲應力，在閥門整體結構突變部位的截面上最大，如果存在破壞，則是由于壓應力造成的，可見對于端部力矩的加載方向，應該是趨向于關閉閥蓋孔的方向( 逆時針方向) 。

5、結語

　　通過理論分析和有限元分析，驗證了ASME QME -1 中對于端部加載試驗的規定，( 端部加載) 試驗力矩應當作用于最可能對試驗閥門裝置產生不利影響的平面和模式。對于大多數的閘閥和截止閥來說，通常考慮為閥桿和管道中心線所在的平面，并趨向于關閉閥蓋孔。在規范中，同時還考慮了相關的因素，如閘閥或者截止閥在開啟和關閉過程中可能會出現的密封件卡塞現象等，這是力矩方向引起的變形問題，可以通過分析其彎曲應力得出論證結果。