2016年第6期导读

<正>本期论文广场栏目中,内压无折边锥壳加强设计与应力分析一文,基于ASMEⅧ-1和ASMEⅧ-2分别对无折边锥壳的加强设计原理从应力的观点进行了探讨,基于有限元法对圆筒与锥壳连接结构的三向应力分布规律、边缘应力衰减规律及不同半锥角对边缘应力分布的影响规律进行了合理分析。高压U形管式换热器的设计、油田开发中海底管道的设计研究、海洋平台防沉板方案的优化研究、复杂离     

大锥角偏心锥壳计算方法的工程应用

简述了偏锥受力特点及当前工程计算现状,通过ASMEⅧ-2、GB 150以及有限元分析结果的对比,对ASMEⅧ-2法做出了误差评述和优化选择,说明ASMEⅧ-2将无折边偏心锥壳的计算从现有的半顶角α≤30°扩大到了60°,基本可以作为工程应用.文中对比结果为ASMEⅧ-2（2010版）这一新方法在工程设计中的实际工程应用提供了重要借鉴意义.     

内压锥壳大端与球壳连接结构及其强度分析

锥壳大端连接球壳是常见的流化床反应器上部扩大段结构形式,现行常用标准未对该结构的设计作具体规定。参照GB 150.3—2011《压力容器第3部分:设计》有关锥壳大端折边厚度计算、球壳厚度计算、圆筒和封头连接的对接接头形式,讨论了内压锥壳大端与球壳连结的结构形式的特点,指出折边和锥壳的连接通常为不等厚对接。采用通用有限元软件ANSYS分析了3种不等厚对接过渡段的应力分布,对应力集中部位作了应力线性化处理和应力强度评定,指出了3种不等厚对接方式的特点,总结了此类结构的设计要点。     

国内外分析设计规范中锥壳大小端评定准则的讨论

内压作用下锥壳的大端厚度主要由轴向弯曲应力控制,小端厚度主要由环向薄膜应力控制,国内外规范中对大端应力控制的条款基本一致,但对小端的应力,JB4732中要求小端环向薄膜应力小于1.1倍许用应力,ASMEⅧ-2中要求小端环向薄膜应力小于1.5倍许用应力。本文利用有限元法,对锥壳小端的评定进行研究,讨论两标准中评定条款的不同之处,为工程人员提供设计参考。     

锥壳端部外压稳定性校核时的有效惯性矩计算

外压锥壳与圆筒连接处组合加强结构的有效惯性矩计算是锥壳稳定性校核的重要环节,锥壳上有效加强宽度的选取对有效惯性矩的计算结果有着比较明显的影响,文章对比了不同设计规范对有效加强宽度的规定,利用圆柱壳的边界效应分析了锥壳与圆筒连接处由边缘剪力引起的弯矩在锥壳内的衰减规律;在对实例进行有限元分析的基础上,考察了外压锥壳环向应力和径向变形的衰减情况,结果表明笔者建议的有效宽度取值方法是较合理的;最后笔者给出了加强圈-圆筒壳-锥壳组合截面的有效加强惯性矩的计算方法。     

偏锥的三维有限元分析和应力公式拟合

本文运用FEPG(有限元自动生成系统),对压力容器中的偏锥进行了参数化建模和强度分析;并采用VAS2.0压力容器分析系统》,对内压作用下的偏锥进行了应力计算和参数分析。通过采用线性回归方法,拟合出了偏锥中的最大σp3值与内压、锥角、大端内直径和锥壳厚度间的关系式,为偏锥的设计及应力强度校核提供了依据。     

折边锥形封头过渡区应力有限元分析

利用有限元分析程序ANSYS计算分析了不同几何参数下折边锥形封头的应力分布规律 ,并整理出其应力分布图谱 ,为折边锥形封头应力水平的评估和强度设计提供了一种依据。     

内压圆柱壳内伸接管区的应力分析

通过Ansys12.0对内压圆柱壳内伸接管区进行了有限分析,得到了其受力特性和应力分布规律并对其进行了应力强度评定。     

外压锥壳设计若干问题探讨

对外压锥壳设计中外压作用下锥壳自身的稳定性设计、锥壳上加强圈的设置以及锥壳与圆筒连接处的强度和稳定性设计这3个问题进行了分析探讨。分析认为,外压作用下锥壳自身的稳定性设计应按锥壳两端连接处是否作为支撑线而分别进行设计。给出了外压作用下锥壳设置加强圈的个数与位置的确定方法。通过详细分析外压锥壳与圆筒连接处的强度和稳定性,提出了连接处加强段惯性矩的计算方法。     

不同锥角的斜锥壳应力分析

采用有限元软件ANSYS对不同锥角的斜锥壳应力分布和应力强度进行了分析,将分析结果与GB150常规设计标准中相关条款进行比较,探讨GB150标准中锥壳结构的锥角限定条件。     

基于无线应力测试的锁环式快开盲板强度分析

为了对锁环式快开盲板在工作状态下的强度进行准确分析,以某大型天然气过滤器端部的锁环式快开盲板为研究对象,采用数值模拟与试验相结合的分析方式,给出了一种针对锁环式快开盲板的强度分析方法。首先通过有限元分析法获取盲板的应力分布规律,然后根据ASMEⅧ-2标准对结构强度进行评定,最后利用无线应力测试系统对锁环式快开盲板进行测试。将测试应力与有限元模拟应力进行对比分析,验证了有限元模型及其分析结果的有效性。研究方法能够对锁环式快开盲板的应力分布及强度进行有效分析,并能为该结构的设计提供参考。     

复杂结构有限元分析强度判定方法

在进行复杂结构件有限元分析结果后处理时,缺乏一种既能判定出构件最大应力,同时又能够校核整个危险截面强度的判定标准,使得有限元分析后对结果的评价缺乏一定说服力。研究目前常见的几种强度判定标准,尝试性引入ASMEⅧ标准,借鉴以应力分析为基础的设计方法,在最大工作载荷和试验载荷2种工况下,以DG900型大钩副钩为分析对象,阐述有限元法对应力处理的方法与步骤,着重研究运用ASMEⅧ标准进行复杂结构强度判定全过程。研究表明,ASMEⅧ标准能够很好地判定构件最大应力和危险截面的强度,具有推广价值。     

管束偏心分布热交换器管板应力分析

以某管束偏心分布的热交换器管板为研究对象,应用ANSYS分析了热-机械条件下该异形管板的温度场及应力场,并根据ASME规范第Ⅷ卷第二册对结构的关键部位进行了应力分类及强度评定,为异形管板的设计和安全评定提供了可靠的依据。     

较小半顶角的内压锥壳厚度计算分析

在压力容器设计中,锥壳半顶角大多不超过30°。本文从理论分析、公式推导和工程实例论证三方面入手,论证了锥壳半顶角不超过30°时折边过渡的必要性和计算折边锥壳厚度时的简易方法。     

固定管束釜式重沸器斜锥壳转角过渡区应力分析

对固定管束釜式重沸器的斜锥壳元件建立了简化力学模型,并进行了有限元分析计算,结果表明大端转角过渡区存在较大的弯曲应力.随后对一系列结构尺寸的斜锥壳进行了计算,整理了斜锥壳大小端转角过渡区在各计算参数下基于分析设计的应力强度水平系数.结果表明,无论大端还是小端,应力强度水平系数随大小端直径比的增大及斜锥角的增大而增大.一次加二次应力的应力强度水平系数总是大端转角过渡区较大.而局部薄膜应力的应力强度水平系数当大小端直径之比较小时,小端较大;当大小端直径之比较大时,大端较大.     

具有几何缺陷的石油用球罐内表面裂纹应力强度因子的研究

对具有错边和角变形几何缺陷的薄壁球罐的应力场和错边根部与角变形棱角处的内表面裂纹应为强度因子进行了研究给出了有角变形和错边时,球壳的应力分布和缺陷处的应力集中程度得到了球壳缺陷处裂纹无量纲应力强度因子随裂纹深度a/t.形状a/c、长度c等因素变化的规律以及沿裂纹前缘变化的规律,同时对错边球裂纹处混合型应力强度因子进行了讨论.文中对目前常用于估算球壳儿何缺陷处裂纹应力强度因了的受单向拉弯平板解与实验结果进行了比较,对其实用性进行了评价.     

甲烷化废热锅炉管板温度场与应力分析

甲烷化废热锅炉入口温度高达620℃,管壳程温差较大,管板承受内压与温差载荷双重作用.设计中管程选用内部衬里的冷壁结构,管板选用带折边的柔性薄管板结构.由于柔性管板应力状态复杂且各工况不同,难以用常规方法进行设计.基于有限元分析软件ANSYS,以入口端管板及其相连部件为研究对象,并取1/4整体结构及1/2壳程长度进行建模,对其进行温度场分析,得出管板各部分的温度分布,然后综合考虑压力与温度载荷的作用,分4种工况对管板进行详细的应力分析.温度场分析结果表明,各部位的实际温度均低于设计温度,绝热系统布置符合设计要求;应力分析结果表明,管板结构尺寸合理,各载荷工况下管板危险截面的应力强度均满足JB 4732-1995《钢制压力容器——分析设计标准》（2005年确认）要求.     

准脆性高温设备衬里材料热固耦合应力研究及计算

采用弹性理论研究高温设备衬里结构传热规律和热-机械应力求解方法,提出基于最大线应变理论的衬里材料破坏判定准则.考虑准脆性衬里材料拉压不对称性和拉压许用应力不同,建立符合工程实际的衬里-金属复合结构线性随动有限元模型,在此基础上对衬里-金属复合结构数值模型进行热固耦合应力分析,得到在温度和内压载荷下衬里结构的拉、压应力分布及量化规律,并通过衬里材料破坏判定准则进行强度判定.研究衬里材料破坏的主要影响因素,得到内压、温度、衬里脱落程度和隔热能力失效程度对衬里-金属复合结构温度场分布及强度的影响规律:内压从0.25 MPa增大到0.45 MPa、温度从550℃升至950℃及导热系数从3.45 ×10-4 W/(mm·K)增大至2.76×10-3 W/(mm·K)过程中,金属应力增幅分别为63％,78％和300％;衬里脱落厚度达到60％以后,金属层应力呈迅速增加趋势.提出的基于材料力学强度准则的拉压非对称衬里材料强度研究方法合理实用,在相关衬里结构设计和强度校核中具有良好的适用性.     

外压作用下减压塔变径段结构的有限元分析

应用有限元分析软件,对在外压作用下的减压塔变径段进行了强度和失稳分析,对比分析了锥壳变径段及球壳变径段两种结构形式。通过计算得出,小端带加强件的球壳变径段比锥壳变径段的整体应力强度值低且临界失稳压力大。因此该结构既能满足工艺要求,且具有较好的强度及稳定性。     

含气孔缺陷球壳应力集中

对承受内压 ,厚度中央含单个球形、椭球形或长条形气孔缺陷的球壳进行了三维有限元分析 ,绘出了气孔影响区应力分布和应力集中系数曲线 ,找出了气孔缺陷影响球壳应力分布与应力集中系数的规律。