外壓錐殼有限元模擬研究.pdf

1、錐殼是壓力容器必不可少的元件，保證錐殼安全可靠的運(yùn)行是極其重要的。工程設(shè)計(jì)時(shí)通常將錐殼當(dāng)量成圓筒來(lái)處理，ASMEⅧ-1、ASMEⅧ-2及EN13445-3采用了不同的當(dāng)量規(guī)則。由于錐殼大端和小端幾何不對(duì)稱，加強(qiáng)圈的設(shè)置不如圓筒殼體來(lái)得直觀，目前各國(guó)壓力容器標(biāo)準(zhǔn)還沒(méi)有明確給出錐殼加強(qiáng)圈最佳位置設(shè)置的規(guī)定。工程計(jì)算時(shí)，圓筒的有效加強(qiáng)寬度計(jì)算通常是殼體兩側(cè)各取0.55√Dt，目前各國(guó)壓力容器標(biāo)準(zhǔn)還沒(méi)有明確給出錐殼上加強(qiáng)圈有效加強(qiáng)范圍的相關(guān)規(guī)定

2、。各標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于筒-錐結(jié)構(gòu)外壓計(jì)算長(zhǎng)度的規(guī)則存在差異，ASMEⅧ-1標(biāo)準(zhǔn)中筒-錐不連續(xù)處的最小加強(qiáng)面積計(jì)算方法來(lái)源Farr理論，并沒(méi)有考慮錐殼可能起到的加強(qiáng)作用，而EN13445-3則將α≥30°的筒-錐結(jié)構(gòu)不連續(xù)處作支撐線處理?，F(xiàn)有壓力容器常規(guī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)于外壓錐殼設(shè)計(jì)是理論推導(dǎo)而得或經(jīng)驗(yàn)公式，隨著數(shù)值模擬技術(shù)的快速發(fā)展，很多學(xué)者采用有限元等數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)外壓錐殼穩(wěn)定性問(wèn)題進(jìn)行研究。
　　本文采用有限元模擬計(jì)算，對(duì)外壓錐殼、外壓筒-

3、錐結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)所涉及的部分問(wèn)題展開討論與研究，主要工作和成果如下:
　　1.對(duì)比分析GB150、ASMEⅧ-1、ASMEⅧ-2和EN13445-3標(biāo)準(zhǔn)中外壓錐殼的當(dāng)量規(guī)則，綜合外壓錐殼、筒-錐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的理論來(lái)源并分析各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于外壓錐殼、外壓筒-錐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的異同點(diǎn)。
　　2.采用有限元方法對(duì)外壓錐殼等效方法及錐殼上加強(qiáng)圈有效加強(qiáng)范圍進(jìn)行模擬計(jì)算。有限元模擬得到關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ與錐形比λ、半錐角α及邊界條件之間的關(guān)系。有限元模擬

4、結(jié)果表明錐殼上加強(qiáng)圈兩側(cè)的應(yīng)力變化程度不一，考慮工程計(jì)算的簡(jiǎn)便性，兩側(cè)的有效加強(qiáng)寬度均取0.55√Dt/cosα是合理可行的。
　　3.采用有限元模擬計(jì)算分析，結(jié)合當(dāng)量方法和等效方法的分析，研究外壓錐殼加強(qiáng)圈最佳位置工程計(jì)算問(wèn)題?；诋?dāng)量方法思想，得到一種加強(qiáng)圈最佳位置的簡(jiǎn)便計(jì)算方法。分析結(jié)果表明:加強(qiáng)圈最佳支撐位置k值與錐形比λ有關(guān)，隨錐形比λ增大，最佳支撐位置k（或k1和k2值）也增大。采用當(dāng)量方法、等效方法與有限元特征值法求

5、得的最佳支撐位置k值相差并不大，等效方法與有限元模擬所得結(jié)果較接近。
　　4.討論ASMEⅧ-1和EN13445-3標(biāo)準(zhǔn)中筒-錐結(jié)構(gòu)的外壓計(jì)算長(zhǎng)度，提出一種合理可行的當(dāng)量方法，改進(jìn)了筒-錐結(jié)構(gòu)的外壓計(jì)算長(zhǎng)度。有限元模擬計(jì)算表明:α≥30°時(shí)，筒-錐不連續(xù)處作支撐線處理是合理可行的，對(duì)于有折邊過(guò)渡段的，支撐線取折邊段的小端是保守可行的;α＜30°時(shí)，筒-錐結(jié)構(gòu)外壓計(jì)算長(zhǎng)度取L=Lcyl+Le是保守可行的。
　　本文針對(duì)外壓錐殼