压力容器边缘强度的理论研究与分析

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压力容器的边缘强度问题是广泛研究的热点问题,其对于压力容器的强度有很大的影响。尤其是脆性材料制造的壳体、经受疲劳载荷或低温的壳体等,因对过高的不连续应力十分敏感,可能会导致壳体的疲劳失效或脆性破坏,因而在设计中应按有关规定计算并限制不连续应力。对于边缘应力的研究目前多采用力法,借助有力矩理论来求解边缘应力。这一方法理论上虽然思路清晰,但针对具体的问题分析起来相当复杂,所以在工程上并未得出许多有用解答,特别是对碟形封头,由于存在两个连接边缘—壳体与环形体、环形体与球面体边缘,问题就变得更加复杂了。目前未见推导出的解析解。   本文采用计算机辅助分析软件ANSYS来求解边缘应力,此种方法比较简单,能很直观的分析边缘的应力。方便地得到我们所需的各向应力。   本文的主要研究工作如下:   1.借助有限元分析软件ANSYS对典型的压力容器边缘的有限元分析模型(我们采用椭圆封头的压力容器为例)进行边缘静力结构的数值模拟,得到了边缘的各向应力的分布云图。   2.对于有限元得到的应力进行分类,本文采用了等效线性化方法对我们得到的有限元结果进行了分类。分离出我们所需的总体薄膜应力,局部薄膜应力,弯曲应力,峰值应力。并借助ASME和JB4732-95我国分析设计标准对我们从有限元结果中分离出来的各类应力进行强度的验算和评定。   3.本文还着重研究了锥形壳体环向强度受两相互连接的壳体的尺寸与材料等参数(α、r/t1、τ、ε等)影响的规律,导出了保证环向弯曲应力≤3[ σ]tφ的关联两壳体尺寸及材料参数的各种控制曲线与关系曲线。这些曲线对工程设计有较大的参考价值。并且得出如可供选择的材料的弹性模量相差较大,则通过对两壳体选择不同弹性模量的材料来改善应力状况,有一定的效果。
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