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容器壳体接管应力计算和强度分析

发布于:2016-02-19 19:34
强度分析

      为了满足操作工艺的要求,容器壳体上不可避免要开孔并且连接接管。开孔一接管结构的存在,必然会破坏原有的应力分布,产生不连续应力,引起应力集中,削弱容器壳体的强度,使容器壳体接管部位成为容器强度的薄弱环节。关于容器壳体接管区的应力计算和强度分析,国内外学者已作了大量的工作,也取得了不少成果,而且许多研究成果已成功应用于容器的设计规范中,例如,应力指数法已列入我国压力容器设计标准JB4732-1995《钢制压力容器—分析设计标准》。
      但是,由于结构的复杂性,容器壳体接管区应力的研究大多集中在径向或中心接管结构上,而对于容器壳体上切向接管结构应力的研究较少。另外,由于这些特殊方位的接管结构破坏了整体结构的对称性,故使壳体接管区应力的求解变得困难,解析解很难寻求,即使在现有的研究工作中,壳体接管区应力的获得也多采用实验法或数值计算法。因此,寻求壳体上特殊方位接管区应力的计算方法、研究其应力的分布特点并分析其强度不仅十分必要而且非常重要。基于上述原因,研究以某工程设计中特定的壳体上切向接管结构为例,采用有限元分析方法寻求壳体上切向接管结构应力的数值解,并按分析设计原理对接管部位的应力进行分类和强度评定,探讨同类结构应力计算和强度分析的方法,获取该结构工程设计所需计算数据。
      某容器壳体切向接管结构由DN2000X8mm的圆柱壳与X325mmX8mm的接管垂直相切对接形成。壳体和切向接管材料均为Q235B,材料的弹性模量E=2X105MPa,抗拉强度Rr=460MPa,屈服强度ReL=260MPa,泊松比F=0.3,密度P=7850kg/m3,该结构承受的内压力为0.18MPa。
      该容器壳体切向接管结构较复杂,故采用数值计算—有限单元法求解。考虑到壳体和接管连接边缘会产生不连续应力且会出现应力集中及不连续应力的影响范围,取部分接管和部分壳体为研究对象,建立有限元计算模型,接管和壳体的长度不小于20mm,R为筒体半径,t为筒体厚度。在研究中,接管长度取400mm,接管两侧壳体长度各取500mm。通过不同单元划分模式和单元大小的试算比较,为提高数值计算的精度,有限元计算选择实体六面体单元SOLID186和四面体单元SOLID187,采用自适应划分自动生成单元,沿壁厚划分2层,并在接管附近应力集中区域进行局部加密。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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