外压作用下筒锥组合容器的有限元失稳分析

为验证外压筒锥组合壳体工程设计的安全性和经济性,利用有限元软件,通过算例比较筒锥组合壳在设置加强圈前后的临界压力值,同时比较不同半顶角单一锥壳的工程计算临界压力值,最后对GB150标准、ASME标准和有限元单元法计算结果进行了比较分析。     

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。     

外压锥壳上加强圈设计方法分析

通过分析外压锥壳大端或小端与圆筒连接处的加强设计原理,给出了外压锥壳上设置加强圈时锥壳段稳定性计算方法,并指出在进行加强圈惯性矩计算时,可以将加强圈和加强圈中心线至相邻加强圈中心线距离之半范围内的锥壳处理成当量圆筒,再根据外压圆筒加强圈设计方法进行计算。     

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。     

外压容器圆筒的设计分析

本文针对外压容器设计中的情况，分析讨论了外压容器圆筒在使用中的失稳现象、外压圆筒计算长度的确定以及加强圈的设置等。     

外压容器加强圈断开后加强效果分析

针对外压容器加强圈因接管和预焊件而被断开的情况,借助有限元软件ANSYS,利用特征值分析、双非线性分析方法对其失稳行为进行了研究。结果表明,随着开孔率的增加,分析模型的临界压力不断降低,通过加大加强圈的尺寸并不能有效恢复筒体的承载能力;加强圈因垫板而断开时,其对筒体临界外压的影响较小。     

5 dam^3圆筒固定拱顶储罐失稳分析和修复

石油化工行业广泛使用的大型拱顶储罐在使用过程中经常发生失稳凹瘪,对某公司1台5 dam^3立式圆柱拱顶储罐失稳凹瘪原因进行了分析,得出该储罐失稳凹瘪的主要原因是在暴雨天气下,温度骤降引起储罐内负压增大,加上大风的联合作用使储罐壁承受的局部外压超过了临界压力.参照API-2000,GB 50341-2003等标准对储罐失稳凹瘪原因进行分析和计算验证,并对其进行了修复和改进.在设计储罐时应优先考虑采用抗风圈来提高失稳临界压力;在施工中应结合具体情况,可适当挪动抗风圈的位置以增强灵活性和可靠度.     

薄壁外压容器设计的公式法

文章以外压容器失稳的临界压力公式为基础，推导出了用于薄壁外压容器设计计算的理论公式，可对长、短圆筒的稳定性进行设计与校核，并对公式的应用条件与适用范围进行了详细分析，给出了弹性失稳条件下厚径比δ／Di与设计外压p应满足的条件。在满足弹性失稳的条件时，公式法的计算结果与图算法的结果相差较小，满足工程设计要求。     

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。     

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。     

钢制外压薄壁容器失去稳定性的探讨

通过大量实测数据表明,钢制短圆筒壳体在受外压时失去稳定性是属于弹性失稳而不是塑性失稳,即薄膜应力不大于材料的比例极限时,应力与应变的关系遵守虎克定律,但容器失稳后将产生永久性塑性变形。作者认为,由于拉姆公式计算值与实测值相差25～36％,故工程上用其计算容器失稳临界压力的作法过于保守。     

外压圆筒与锥形封头连接时圆筒计算长度L值的确定

分析了外压圆筒与锥形封头连接时的受力状况以及当外压超过临界值时的失稳变形。对设计该种结构时圆筒计算长度Ｌ值的选取和确定原则进行了讨论。     

圆筒松衬里的稳定问题及其设计

根据理论分析和试验结果,探讨了松衬里(外壁受刚性约束的外压圆筒)在不同情况下的失稳临界压力,推荐并提出了松衬里的壁厚计算公式及其制造中的主要技术要求和防失稳措施。     

关于大型储罐加强圈设计计算的探讨

在立式圆筒形储罐设计中，储罐罐壁除应满足强度要求外，还应具有足够的抗风能力，以避免储罐在风载作用下失稳。随着储罐大型化和高强度钢的采用，使储罐罐壁减薄，储罐的抗风稳定性设计越趋重要。对于大型储罐来说，为防止储罐抗风圈以下的罐壁局部被风吹，通常需要在罐壁适当的位置上设置一道或数道加强圈。加强圈和功能是在罐壁上形成节线圈，以提高储罐的抗外压能力。当两个加强圈之间(或加强圈与抗风圈、包边角钢、罐底等加强截面之间)的罐壁许用临界压力大于设计外压时，就可以认为罐壁具备了足够的抗风能力。对于加强圈的设计计算，各国标准中部有详细的计算方法。     

2015年第1期导读

<正>本期论文广场栏目中,带V形支撑的大型U形管式高压加热器固有频率计算一文,通过建立有限元模型,分析了带V形支撑的U形管支撑角度变化、管外流体附加质量变化和温度变化等因素对高压加热器固有频率的影响,可为带V形支撑的大型U形管式高压加热器U形管固有频率的计算提供参考。外压作用下筒锥组合容器的有限元失稳分析、自升式钻井平台悬臂梁载荷试验研究与方案设计、压力容器     

套管的挤压分析

采用弹塑性理论分析套管在外压作用下的应力和变形,所得公式适用于薄壁、中厚和厚壁套管,可以计算套管(圆管和椭圆管)的弹性极限外压、弹性失稳外压和弹塑性失稳外压.算例表明理论分析的结果与实验值吻合.特别是修正了文献1～7中所采用的压缩极限应力是拉伸极限应力1.1倍的假设.该理论分析为在复杂受载下套管的应力研究提供了基础.     

膨胀节承受压力下的失稳

阐述了ＥＪＭＡ标准中防止膨胀节内压平面失稳和柱状失稳的公式与其来源，提出防止内、外压平面失稳的公式，并进行了试验验证。试验结果表明，压缩位移会降低失稳临界压力。压力试验时需注意防失稳，且ＥＪＭＡ标准的外压周向失稳算值欠安全     

外压容器工程设计中的几个问题

笔者就工程设计中遇到的实际问题，如外压容器圆筒计算长度Ｌ及加强圈计算中的Ｌ＿ｓ等的具体处理方法进行了探讨。     

外压锥壳支撑线的探讨

对外压锥壳大小端和圆筒连接处是否作为支撑线进行了探讨,对两种情况下外压锥壳的设计方法进行了比较,并通过对实际工程实例中两种不同计算结果的数据分析,提出了锥壳大小端与圆筒连接处作为或者不作为支撑线时对筒体和锥壳厚度的影响,同时分析了锥壳大端筒体为长圆筒时锥壳大小端是否作为支撑线的情况。通过对比这两种不同的设计方法的优缺点,对外压锥壳设计中支撑线该如何考虑给出了一点建议。     

外压柱壳有限元计算的探讨

为了利用有限元分析方法解决特殊结构的外压稳定计算问题,对一般外压圆筒的稳定问题,分别以有限元分析方法与经典解及GB150图算法进行对比分析,结果发现外压有限元计算结果在定性上与经典理论公式吻合较好,数值上外压有限元法结果偏大,特别是针对短圆筒的外压计算。通过对非线性屈曲和特征值屈曲的对比,发现非线性屈曲计算结果和特征值屈曲计算相差不大,考虑到工程计算,采用特征值屈曲即可满足需求。