弯矩作用下内压球壳大开孔接管区应力状况的研究.pdfVIP

弯矩作用下内压球壳大开孔接管区 应力状况研究+ 阔胜昝高炳军王俊宝 (河北工业大学化工学院) 摘要：利用北京飞箭有限元公司产品有限元生成系统FEGEN3．0考察了弯矩作用下内压 球壳太开孔接管区的应力状况，重点讨论了接管根部附近球壳上酌应力分析与计算方法。对 不同参数大开孔结构进行了大量计算，整理出内压和接管弯矩单独作用时各应力分量的薄膜 应力与弯曲应力系数曲线，讨论了可用于工程设计的应力计算与评定方法。 关键词：大开孔接管球壳有限元应力分析应力评定 计。 1前言 2弯矩作用下内压球壳大开孔接管区应力 通常压力容器行业把开孔率(diDo)大于0．5 状况的有限元分析 的开孔结构称为大开孔结构，这种开孔结构的分 析与设计超出了GBl50．1998《钢制压力容器》Ⅲ严格来讲对于弯矩作用下内压球壳大开孔 接管结构应按实际工况与结构，进行应力计算。 及JB4732．95《钢制压力容器．分析设计》[21规定 的范围。压力容器受内压作用时大开孔结构的应 但在小变形范围内，可根据叠加原理，分别计算 力分析已有不少学者在进行研究，但在局部载荷 内压与弯矩单独作用时的应力，而后再行叠加。 作用下压力容器大开孔接管区应力状况的研究尚 因此，笔者在利用北京飞箭有限元公司产 未见报道。而早期文献如WRC第107公报，297品有限元生成系统FEGEN3．0开发弯矩作用下内 公报及BS5500等对在局部载荷作用下压力容器压球壳大开孔平齐接管区应力分析的有限元计算 大开孔接管区应力的计算仅适用于开孔率小于 程序时，对于受内压作用的情况，采用了4接点 0．5或更小的情况【3】。笔者以大开孔内压球壳为 等参元，轴对称模型(如图1)，而对于受接管 研究对象，利用有限元法考察在接管弯矩作用下 弯矩作用的情况，采用了8接点体单元．三维模 大开孔接管区的应力状况，对不同参数下大开孔 型(如图2)。 结构进计算，并绘制相关图表以便用于工程设 @ 图1轴对称模型 嚼2三警爨率’ 田§捍缝区的结构形式 ·河北工业大学青年基金项目：后都茕荷作用下压力容器太开孔 按臂区应力状况研宄 创新设计的基础技术 2．1模型分析 对称面．对称面上的接点加Y向约束，柱壳底部 为简化起见，仅考虑接管或球壳整体补强 接点加在=向约束，接管端部yoz两侧加等值反 的’情况。接管与球壳外壁以圆弧光滑过渡，圆弧 向面力模拟接管弯矩。 与球壳的切点在球壳开孔处的法线方向上(如图 2．2模型参数 3，B点在球壳过A点的法线方向上)，以避免有 球壳内半径R,=500mnl，厚度占，=10Im，接 限元计算的奇异现象，并保证不同参数计算时的 管内半径R,=325 Im，接管高度 111m，厚度6,=10 几何相似。为了减小边界效应对分析区域的影 500 tIlIn，柱壳高度300 MPa，接 nlnl。内压p=1．0 响，接管及与球壳连接的柱壳都具有一定的长 管弯矩M严1000N·mm。 度。模型沿厚度方向剖分为4层．为了提高分析 2．3计算结果 精度．接管与球壳连接区剖分网格加密。