接管纵向弯矩作用下容器补强结构弹性强度

对接管纵向弯矩作用下圆柱形容器开孔补强结构的弹性应力分布及应力集中进行了试验研究,并用有限元分析软件ANSYS进行了数值计算.针对3台具有不同d/D比的接管及标准补强圈补强的圆柱形容器进行这项研究.研究结果表明,筒体和接管纵向截面两侧的应力分布都呈现一定的反对称性,应力集中的范围十分有限,有限元数值模拟结果与试验结果基本吻合.     

圆柱壳开孔接管结构弹性失稳临界压力研究

针对外压圆柱壳开孔接管结构,通过有限元非线性屈曲分析,较为系统地讨论了不同开孔率d/D、接管与筒体厚度比δ_(et)/δ_e、筒体径厚比D_o/δ_e及筒体长径比L/D_o参数下临界压力P_(c)r的变化规律,同时与GB150-2011半面积补强法计算结果进行比较分析。研究结果表明,开孔率较小或较薄壁筒体接管开孔结构下,开孔接管对筒体临界压力无明显削弱;较厚壁短圆筒及大开孔时,开孔接管结构的削弱作用尤为显著。基于规则设计的半面积补强法结果与屈曲分析结果存在一定差异。较小D_o/δ_e及短圆筒下,半面积补强计算结果偏于冒进,安全裕度不够;较大D_o/δ_e及长圆筒下,半面积补强计算结果则偏于保守。     

压力容器接管部位的可靠性设计研究

使用ANSYS软件对某压力容器筒径,不同开孔直径壳体,共3个模型的开孔接管部位进行分析设计,同时提出最弱环模型对接管部位应力强度进行可靠性评定。研究结果表明,在接管需要补强时采用补强圈或厚壁接管补强,均可有效地改善孔边应力集中;随着开孔率的增大,厚壁补强接管部位的可靠性大于等面积补强法所得结果;最后提出厚壁补强时合适的可靠度取值。     

球壳大开孔接管结构参数对连接处应力分布的影响

对不同开孔率和不同厚度比的一系列于壳大开孔平齐接管结构进行了有限元分析，得出了不同开孔率及厚度比与连接处应力集中系数之间的关系曲线。为验证分析方法的可靠性，对结构ri/Ri=0.6，t/T=1.5的模型容器作了应力测试。两种方法所得的结果基本吻合。     

球壳大开孔平齐接管补强设计方法评价

为了对球壳大开孔补强结构做出合理安全评价,利用我国现行标准中的补强方法,对D=500 mm,直径厚度比D/T=68、接管与壳体半径比r/R分别为0.5,0.6,0.7,0.8的球壳大开孔结构进行了补强计算,对补强后的球壳大开孔平齐接管结构,选择其高应力区的若干截面,按照"分析设计"方法进行了应力强度评定.结果表明,按极限分析法和压力面积法进行补强后的结构按分析设计可以通过;随着D/δ的增大,接管有效厚度与最小厚度之比g值随之增加;时多数大开孔情况,利用极限分析法补强后的结构更安全.     

接管纵向弯矩下带补强圈容器极限载荷的参数化分析

带径向接管的圆柱形容器开孔补强结构的极限承载能力主要与3个无量纲参数（开孔率d／D、壁厚比t／T和D／T）有关。为了能够快速地获得该结构的极限承载能力,运用正交试验设计方法,设计了64组不同参数的圆柱形容器模型,利用有限元分析软件ANSYS对各组模型进行模拟计算,求得了在接管纵向弯矩作用下各组模型的极限载荷,再由回归分析法得到了在接管纵向弯矩作用下带补强圈容器极限载荷的回归方程。最后通过试验和有限元计算两种方法进行了验证,证明了回归方程的结果是正确的,并具有足够的精度,可以用于工程设计中快速计算在接管纵向弯矩作用下该结构的极限承载能力。     

容器开孔补强设计的分析与探讨

以等面积补强法为准则,对我国目前主要使用的开孔补强设计标准进行了分析研究,并提出一些建议。从另一角度分析了等面积补强时容器上椭圆形开孔长短径之比不大于2.0的要求;圆筒体切向接管时应使接管开孔直径大于等于圆筒体内径的四分之一,对圆筒体应取与壳体轴线平行的纵向最大直径为开孔直径,对球壳应取纵向和环向中的最大直径为开孔直径;圆筒体轴向斜接管的轴线与圆筒体表面法线的夹角应小于等于60°;对复合材料接管补强指出了其接管名义厚度、接管计算厚度和强度削弱系数的计算方法。     

议高压容器的开孔补强

介绍高压容器筒体开孔补强设计以及开孔补强件类型及焊接方法。     

用有限元法对内压柱壳开孔平齐接管的应力集中系数研究

本文在微机(IBM-PC/XT)上用有限元法对内压柱壳开孔平齐接管的应力集中系数进行了研究。为了在微机上能实施这种问题的研究,本文在程序设计上选择Q_(c5)、Q_6三维块体单元,使用波前法解方程,使所解问题的规模、结果精度和计算速度能保证在微机上进行。对计算模型、网格划分和单元形态方面做了若干数值试验,并同已知柱壳接管结构的实验结果比较,验证了本程序和所建立的柱壳接管有限元模型的可靠性。在0.05≤r/R≤0.7,0≤t/T≤1.4范围,取容器内外径比为1.05,进行了31个内压下开孔接管模型的计算,并根据柱壳、接管结构中应力集中系数与无量纲参数r/R、R/T和t/T的关系,将计算结果整理成不同几何参数下应力集中系数的曲线。该曲线用t/T=0.5、1.0和容器内外径比不同的实验结果作了验证,符合较好,可供设计者参考。     

压力容器开孔接管区的有限元分析和实验研究

根据对压力容器正交和切向开孔接管区进行的有限元分析,获得容器筒体、接管及其连接部位的应力分布结果,利用电阻应变测试技术进行现场测试。结果表明,压力容器开孔接管产生明显的应力集中,各类应力的最大值发生在接管与筒体连接处,是筒体失效的危险区域;与压力容器正交开孔接管相比,压力容器切向开孔接管的应力分布更趋复杂,有更明显的应力集中。     

补强圈与筒体间几何间隙的影响—接管弯矩作用下

本文对接管弯矩作用下补强圈与简体间几何间隙对补强区局部应力的影响进行了试验研究和有限元分析。研究结果表明,在接管弯矩(包括纵向弯矩M_L,横向弯矩M_(?))作用下,补强圈的补强效果是明显的,它使开孔—接管附近的应力集中明显下降;由接管横向弯矩M_(?)在简体横向截面(θ=90°～270°)内产生的应力比接管纵向弯矩M_L在简体纵向截面(θ=0°～180°)内产生的应力高。同时表明,对接管弯矩截荷而言,补强圈与容器筒体间的几何间隙大小对简体上应力的大小及分布没有明显的影响。     

周向斜接管内压容器的有限元分析

采用有限元法计算了具有正交接管及2 0°周向斜接管圆柱形容器内压作用下的弹性应力和变形,对周向斜接管圆柱内压容器的弹性应力分布、应力集中范围、变形特征、应力集中系数等问题做了初步探讨。计算结果表明周向斜接管内压圆柱容器在接管与容器的相贯区存在明显的应力集中,相贯区在筒体纵向截面沿径向收缩,而在筒体横向截面沿径向膨胀,最大主应力出现在筒体的纵向截面,相贯区外表面在筒体的横向截面处于三向压缩状态;与正交接管容器相比,周向斜接管圆柱容器在内压作用下的最大主应力略小,二者基本满足Sβ=S0 (cosβ) 0 5。     

补强圈的设计与制造

采用补强圈补强是常用的压力容器开孔补强结构，制造方便，造价低廉，使用经验成熟，能有效地降低开孔接管根部的峰值应力。1补强圈厚度壳体焊上补强圈后，使该处的容器壳体刚性变大，对接管与壳体的角焊缝的冷却收缩起较大的约束作用，容易在焊缝处造成裂纹。在补强圈外围因外形尺寸突变，引起不连续应力，造成新的应力集中，使其焊缝脚趾处易于开裂。补强圈越厚，这种可能性越大。所以笔者认为，补强圈的厚度一般不应超过开孔处壳体的厚度，GB150－89《钢制压力容器》63．2条关于“补强圈的厚度应小于或等于1．5δn（δn为壳体厚度）；”…     

圆筒形高压容器单面管接头的新结构

一、圆筒形高压容器上的开孔承受内压力的圆筒形高压容器,开孔边缘能产生很高的应力集中,孔边应力集中的程度主要取决于容器的应力场和开孔形状。对圆筒形高压容器来说,当开孔直径与筒体内径之比不是很大时,可以用图1所示的承受双向拉伸     

椭圆形封头开孔接管结构失稳临界压力研究

椭圆形封头开孔接管是工程中常用结构之一,研究其外压下失稳临界压力可为工程设计提供依据。通过有限元非线性屈曲分析,针对3个无量纲参数:接管与封头厚度比δet/δe、开孔率d/D、封头径厚比Di/δe,较为系统地讨论了不同参数下标准椭圆形封头中心开孔接管结构失稳临界压力Pcr的变化规律。研究结果表明,随着厚度比δet/δe增大,分析结构的失效位置由接管变为封头。失效位置不同,结构的失稳临界压力规律不同。分析表明大开孔厚壁接管对外压椭圆形封头的强化效应显著。     

补强圈与筒体间隙对开孔补强结构强度的影响

在评定压力容器开孔补强结构强度时,经典薄壳理论未考虑补强圈与筒体间隙,而间隙却在实际结构中存在。设筒体承受不同的内压值、接管上承受不同的轴向力,应用有限元软件的接触算法对压力容器开孔补强结构进行了静强度与疲劳强度评定,考察了不同间隙值对强度的影响,同时也计算了未考虑接触时的结果作为对比。结果分析表明:在接管有正向轴向力存在的情况下有必要考虑接触,而补强圈与筒体之间间隙大小在评定开孔补强结构静强度与由内压或者轴向变载引起的疲劳强度时的影响可以忽略。     

球壳大开孔内伸接管补强分析

球壳大开孔的补强设计中,相比于压力面积法和ASME法,有限法更直观和快速。建立一系列有限元模型,利用应力强度评定的方法,分析球壳大开孔内伸接管补强中接管内伸长度以及接管与球壳壁厚比t/T对补强效果的影响,结果表明:随着接管内伸长度的增长,局部薄膜应力逐渐减小,弯曲应力逐渐增大,一次应力加二次应力则先减小后又增大;随着接管厚度增加,局部薄膜应力、弯曲应力、一次应力加二次应力都逐渐减小,但减小的幅度下降;在模型下,接管内伸长度h2≤80mm、接管与球壳壁厚比1.5≤t/T≤2.7时,补强效果良好。     

大开孔球壳径向平齐接管的补强设计方法

本文提供了开孔率为0.5至0.7的球壳径向平齐接管的一种补强设计方法。这个研究工作是由全国压力容器标准化技术委员会所计划进行的关于压力容器大开孔研究工作的一部分。对于球壳径向接管开孔率d/D≤1/2、圆柱壳径向接管开孔率d/D≤1/3(d—接管中面直径;D—球壳或圆柱壳中面直径)的情况,     

基于有限元方法的圆筒接管壁厚设计

结合我国压力容器分析设计标准JB4732-1995,采用有限元方法(FEM)对圆筒形容器的开孔应力集中及满足强度要求的接管最小壁厚进行分析。分析结果表明,开孔造成的应力集中系数处在3~10之间,并随着开孔直径d和简体内径D的增加而增加;通过采用不同路径分析得到的结果进行对比发现,传统的分析路径偏于保守,标准GB150-2011推荐的应力评定路径分析结果更接近生产实践,有限元分析方法可以方便、可靠地用于圆筒形容器的开孔设计。     

内压壳体开孔接管的应力分析与补强设计计算

针对内压容器壳体在开孔部位尤其大开孔接管部位有很大的应力集中现象,从应力分类的基本原理出发,分析了开孔边缘的复杂应力状态,并对大开孔有限元应力分析结果的应力分类评定提出建议。比较分析了几种大开孔补强方法的异同点,阐述了工程设计中如何进行应力分类和选择合适的补强方法。