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气瓶是移动式压力容器,是国家安全监察范畴内的特种设备,具有介质复杂、量大面广、流动性强的特点,更存在燃烧、爆炸、毒害等潜在危险。因此掌握其工作条件下的应力分布,并根据结果调整气瓶设计参数,从而降低气瓶的应力,对安全运行具有重要的意义。
气瓶在正常的工作条件下,不可避免会出现缺陷。而极限分析因更能反映结构状态的本质,在缺陷容器的安全评定和结构的强度设计中越来越重要。因此有、无缺陷气瓶极限载荷值的获得,也是需要解决的问题。
另外,在一些场合下,对发现缺陷的气瓶等容器,由于生产过程的连续性等客观条件的限制,不能及时更新,因此如何对其实施简便有效地处理,以延长使用寿命,具有很高的应用价值。
本文利用有限元分析方法,研究的内容与主要结论如下:
(1)对压力作用下,气瓶的应力分布进行有限元模拟。模拟发现影响气瓶应力分布的参数为出口口径和瓶颈处过渡半径。分析了这两个参数对气瓶应力的影响,根据影响规律,寻找到较好的参数取值范围;
(2)选用了合适的极限载荷确定方法,对无缺陷气瓶、带缺陷气瓶极限载荷进行了计算。结果发现:无缺陷气瓶极限载荷值与直管相同,失效形式为气瓶筒体的塑性极限失效,气瓶颈部对其值没有影响。由于缺陷对结构承载能力的削弱,带缺陷气瓶的极限载荷值远远小于无缺陷气瓶值。定义无量纲极限载荷以衡量缺陷对结构的削弱程度,对各参数下缺陷气瓶的无量纲极限载荷进行了系统的计算,并编制成表,可供工程人员参考。
(3)提出采用贴补加强筋方法对缺陷气瓶进行止裂。通过有限元模拟,定性计算了贴补加强筋后,结构应力强度因子和极限载荷的变化情况。定义止裂系数以评价止裂效果,并分析了止裂系数与加强筋各参数间的关系,对贴补加强筋给出合理建议。