圆柱壳开孔接管结构极限载荷的参数化分析

具有径向接管的圆柱壳结构的极限承载能力与三个无量纲参数:开孔率d/D、壁厚比t/T和D/T有关。运用正交试验设计方法,设计了64组不同参数的圆柱壳模型,利用有限元分析软件ANSYS对模型进行模拟,求得模型的极限载荷。由回归分析法得到了模型极限载荷的回归方程。通过分析与试验和有限元计算的验证,证明回归模型是正确的,指出参数化分析法在压力容器上应用是有效的。     

压力容器接管的最佳设计

一、前言在化工、宇航及原子能等工业中所用的球形压力容器上,或圆筒压力容器的球形封头上,由于各种需要,往往要开孔与圆柱形接管径向相连。计算和测试都表明,在内压作用下,与未开孔的球壳相比,由于接管的存在,使球壳与接管连接部位的经向和纬向应力都大为提高(图1)。球壳在未开孔时只承受薄膜应力。     

圆柱形压力容器开孔接管三维有限元计算的电测实验验证

前言由于工程的需要,大多数圆柱形压力容器需在侧壁开孔,外接接管。壳体几何形状在连接处的突然变化,就会产生边缘效应。分析这种应力的困难性,在于圆柱形壳侧壁开孔破坏了原来结构的轴对称性。以往的工程计算都假设筒体的径向尺寸比接管的径向尺寸大得多(一般要求大3～4倍以上),此时用一个当量的(即等效的)球壳或圓板来代替原来的圆柱壳,从而简化为轴对称壳体求得近似的解析     

内压圆筒轴向斜接管大开孔的强度研究

采用三维实体有限元法,运用ANSYS软件,在不同非径向度α、不同开孔率ρ的情况下,对内压圆筒轴向斜接管大开孔进行应力分析计算,得到其接管相贯区的应力变化规律。另外,参照GB 150—2011中圆柱壳径向开孔分析法补强方法,提出了圆筒轴向斜接管结构的分析法补强方法的思路,并给出2张示例校核图。     

内压作用下圆柱壳开孔接管的分析设计方法

对于带径向接管的圆柱形压力容器,提出了一种以薄壳理论为基础的应力分析方法。与前人采用各种简化理论解不同,该方法基于精确的圆柱壳Morley方程解以及两圆柱壳交贯线处精确的边界条件,从而提高了解的精度,其适用范围扩大至开孔率0.93。一系列密网格三维有限元解验证了解的可靠性。本文根据作者所提出的理论解给出了圆柱壳大开孔补强的分析设计方法,分析表明：在大开孔情况下等面积补强法没有足够的安全裕度。     

大开孔球壳径向内伸接管的补强设计方法

本文运用薄壳简单边界效应理论对接管(半无限长圆柱壳)及其内伸段(短圆柱壳)相连接的球壳进行了解析的应力分析,并按ASME压力容器应力分类法及设计准则,制作了内伸长度为(dt)～(1/2)/2、开孔率为0.5～0.7设计曲线五张。有限元计算证实了其可靠性、探讨了内伸长度、圆角等影响。并与平齐结构和PVRC法作比较。     

异种钢锥壳径向接管开孔结构强度研究

锥壳接管开孔结构是压力容器常见结构。考虑开孔率和材料的强度匹配的影响,对异种钢锥壳径向开孔接管结构强度进行研究。根据GB150-2011中等面积法确定接管壁厚,在此基础上,按照JB4732-1995(2005确认)和极限载荷法分别进行强度评定,并对比评定结果指出不同设计方法安全裕度的不同。研究表明,开孔率和材料的强度匹配显著影响锥壳径向接管开孔结构强度。与应力分析法及极限载荷法比较发现,对于较低强度匹配和较大开孔率的锥壳径向接管开孔结构,采用等面积法设计没有足够的安全裕度,为此类结构的设计和强度研究提供了借鉴。     

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.     

支管外力矩作用下带径向接管的圆柱壳的局部应力分析

带径向接管的圆柱壳是压力容器与管道工业中广泛使用的部件 ,除内压外 ,各种外力矩通过管节点作用于主壳上 ,在壳体中引起很高的应力集中 ,是大量灾害性事故的原发部位。寻求其理论解既有重要的工程应用需求 ,又具有理论的难度。作者提出了一种圆柱壳受支管外力矩作用的薄壳理论解 ,文中作了简要介绍 ,其适用范围扩大到大开孔率 ρ0 ≤ 0 8。本文所提出的理论解计算结果与实验和数值解能很好地符合 ,在小开孔率情况下与WRCBulletin 2 97的结果一致。根据本文的理论解给出了开孔率 0 .8时可应用于工程设计的应力集中系数曲线     

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。     

组合载荷作用下开孔接管结构强度性能的研究

带接管内压圆柱形容器通常受到内压与接管弯矩的组合作用,接管弯矩会影响内压圆柱壳开孔接管结构的强度性能。在内压与接管弯矩组合作用下,对4台具有不同开孔率的带径向接管圆柱壳容器开孔接管结构强度性能进行试验研究和有限元分析,考察内压与接管纵向弯矩、内压与接管横向弯矩组合作用下容器开孔接管区弹性应力分布、应力集中、开孔接管结构的变形规律及塑性极限载荷等。结果表明,载荷大小相同时,横向弯矩作用产生应力增量较纵向弯矩作用产生应力增量大,横向弯矩对内压容器开孔接管结构强度较危险。内压作用在开孔接管区纵向截面产生应力增量较横向截面应力增量显著。较小值的内压作用可减缓开孔接管结构弯矩作用下的变形,内压能降低开孔接管结构的纵向极限弯矩,较小内压能增加开孔接管结构的横向极限弯矩。     

圆柱壳贴板补强结构的实验研究

本文根据美国压力容器委员会计划对圆筒形容器的贴板补强结构进行一系列研究的要求,对5台开孔接管贴板补强结构的圆柱壳容器进行了电测应力实验,所得结果为从理论上研究圆柱壳开孔接管贴板补强结构应力状况和在实际中有效应用贴板补强的设计规范提供了参考。     

高压筒体大直径双开孔补强分析及优化设计

针对工程上高压容器筒体大开孔产生较大应力集中的问题,以某高压容器筒体开大直径双孔结构为研究对象,采用应力集中系数K表征开孔对筒体造成强度削弱的程度,基于有限元方法分析了圆角半径、3个无量纲参数(开孔率d/D、接管与筒体厚度比t/T、筒体径厚比D/T)、接管间角度α和中心距L对应力集中系数K的影响。并按照GB/T 150.3—2011中分析法初步设计厚壁接管补强结构,进行响应面优化分析得到最优方案,在满足强度要求的情况下,实现了设备质量的减轻。结果表明：开孔率d/D>0.6时,需要考虑双开孔对应力集中的叠加作用;接管排布角度在30°～90°之间会在一定程度增大应力集中;厚壁接管结构中,筒体厚度T及接管补强段厚度t对应力集中影响程度较大。本研究得到了各参数对应力集中的定量化影响规律,可为大开孔接管设计与排布提供参考依据。     

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。     

国外关于圆柱壳开孔接管问题的研究概况

1.引言圆柱壳开孔接管是在压力容器设计中最常遇到的问题之一。通常可分为两种情况:容器开孔接管与大型管道三通(T型、Y型等)。无论何种情况,一般说来,结构所承受的载荷(此处尚未涉及温度应力)应包括:(1)内压;(2)作用在接管上的外载荷,可以分解为三个     

内压作用下圆柱壳周向斜接管结构设计分析

周向斜接管结构应用广泛,但相对于径向和轴向斜接管结构,尚缺乏完整的设计方法研究。采用有限元法较为系统地计算了不同结构参数下受内压圆柱壳周向斜接管结构的弹性应力,绘制了不同开孔参数下等效薄膜应力及等效薄膜加弯曲应力集中系数Km,K图。研究结果表明,内压下圆柱壳周向斜接管结构的等效薄膜应力及等效薄膜加弯曲应力集中系数均低于同参数时的圆柱壳径向接管结构,周向斜接管有限元解与Mershon公式得到的结果存在一定差异。该研究结果可为内压作用下周向斜接管结构工程设计提供依据。     

球壳开孔接管的分析设计方法及其试验验证

本文给出了适用于各种开孔率情况下球壳开孔平齐接管与内伸接管的应力分析与补强设计方法。对七个试件给出了实验结果,其中包括四个不同开孔率的球壳开孔平齐接管与二个内伸接管试件以及一个椭球壳开孔平齐接管试件。这些实验结果证明本文提出的方法是合理、可靠的。本文还给出了该方法与PVRC方法、AD方法的比较,说明在大多数情况下用本方法得到的补强厚度可比PVRC方法减薄,并比AD方法有充分的安全依据。     

球壳接管区的极限分析优化补强设计

针对我国《压力容器设计规定》中的开孔补强极限分析法所存在的某些不合理,运用塑性理论中的下限定理,对球壳平齐式径向接管区重新进行受力分析,并建立了塑性设计评定准则。然后,通过优化程序找出不同几何参数,不同内压载荷下的最佳补强方案。文中还列举了φ4000的球形容器在不同开孔率情况下,用本文推荐方法及按《设计规定》计算所得的补强参数,并将两者进行比较以供探讨。     

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。     

内压柱壳大开孔率开孔平齐式接管应力分布研究

本文针对内压圆柱壳大开孔率平齐式开孔接管结构 ,进行了三维线弹性有限元应力分析、研究。有限元计算和电测应力分析的结果表明 ,用电阻应变测量方法测量到的是应变片长度范围内应力场的平均值 ,而得不到该区域内的最大应力值 ;以DXF格式文件为中介 ,用数学方法自动生成的有限元计算模型是可靠的 ,能够保证开孔区域内的单元都是比较规整、均匀的六面体单元 ,可以使用不协调位移模式 ,应用这个模型进行有限元分析可以得到内压圆柱壳大开孔率开孔平齐式接管结构的应力集中系数。