三瓣式快开卡箍结构的有限元应力分析.pdf

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1、第54卷第1期化工设备与管道Vol.54No.12017年2月PROCESSEQUIPMENT&PIPINGFeb.2017三瓣式快开卡箍结构的有限元应力分析112刘晴，陈海峰，胡龙（1.陕西科技大学机电工程学院，西安710021；2.西安核元非标设备有限公司，西安710021）摘要：在实际工程设计的基础上，利用ANSYSWorkbench软件对控制非标准件球冠封头与筒体法兰开启闭合的三瓣式快开卡箍结构进行了有限元静力学分析，并采用了压力容器常用的线处理方法对各危险截面的应力进行了分类与校核，分析结果满足相应的

2、应力校核标准。从而确定了非标准件设计的合理性，为三瓣式卡箍结构的设计提供了理论依据和参考。关键词：三瓣式卡箍；接触面；静力学分析；线处理方法中图分类号：TQ050.2；TH123文献标识码：A文章编号：1009-3281（2017）01-0016-004压力容器设计中，封头与筒体的连接结构有多力学分析并采用线处理法分析三瓣式卡箍结构的应力[2]种形式，常见的有螺栓法兰连接结构，适用于不常开结果。三瓣式卡箍的闭合和开启示意图如图1所示。启的压力容器，其中的法兰和螺栓都可从相应的标准中查找并制造。适用于快速开合压力

3、容器的快开型结构常见的类型有齿啮型快开结构、卡箍型快开结构等，目前国内设计经常按照经验公式或国外的设计标准（如日本设计标准JISB8284—2003《压力容器用[1]快速闭塞物》）设计制造，依据经验公式制造的卡箍会因保守计算而造成设备笨重同时浪费材料，因此图1三瓣式卡箍闭合和开启示意图在对非标准的快开型卡箍进行设计研究时，研究者常Fig.1Schematicdiagramofclosingandopeningofthree-petal采用有限元分析软件对卡箍结构进行静力学分析，在typeclamp保证强度安全的

4、前提下，可以尽量减少材料的浪费。1三瓣卡箍快开结构有限元分析卡箍型快开结构早期为两瓣式结构，即将卡箍平分成两瓣，打开时即可将封头与筒体分开，闭合时可在该公司设计的φ900mm的三瓣式卡箍的基础压紧封头法兰与筒体法兰。虽两瓣式卡箍结构相较于上进行模拟，卡箍连接结构由四部分组成：球冠封螺栓连接开合方便快捷，但开启时的位移变化和角度头、封头法兰、卡箍、筒体法兰。其中除了球冠封头变化较大，在此基础上后续发展出的三瓣式卡箍则改采用Q235R旋压成形以外，封头法兰、卡箍、筒体进了两瓣式的以上缺点，将卡箍分成了各120°的三

5、瓣，法兰均采用20R钢制造而成，设计压力为受内压6.3位于下方的一瓣与左右两瓣分别用销钉连接，左右两MPa，设计温度100℃，在设计温度下的Q235R和[3]瓣则在上方用带有正反丝的水平丝杠连接，开启时，20R的许用应力均为140MPa。由于快开卡箍在设正旋丝杠使得左右两瓣卡箍向相反方向移动，带动下计寿命内的开启总次数小于1000次，因此在此应力[4]方卡箍向下移动；闭合时反旋丝杠，左右两瓣卡箍向分析中不考虑疲劳分析。相近方向移动，带动下方卡箍向上移动，使得卡箍夹紧闭合。某公司设计的三瓣式卡箍将非标的球冠形封收

6、稿日期：2016-08-17基金项目：陕西省科技统筹创新工程计划项目（2011KTCL02-19）。头与筒体用三瓣式卡箍连接，本文在此设计的基础上作者简介：刘晴（1992—），女，陕西西安人，在读研究生。主要建模，利用ANSYSWorkbench软件对其进行有限元静研究方向为化工压力容器。2017年2月刘晴，等.三瓣式快开卡箍结构的有限元应力分析·17·1.1卡箍结构模型建立1.3模型网格划分在添加载荷和边界条件求解之前需要对模型划采用三维建模软件Solidworks建立卡箍连接结分网格，将网格划分（Mesh）

7、设置中的ElementSize构模型，为便于分析，主要针对国标中没有明确规定设为10mm，选择MappableFaces采用MappedFace的卡箍连接部分进行校核，选择下方的卡箍进行校Meshing类型划分网格并在法兰和卡箍边角和过渡处采核，选取卡箍连接模型1/4进行建模，将卡箍与两法用Refinement细化网格，模型的网格划分如图3所示。兰接触面配合，所建模型示意图如图2所示，三瓣式卡箍将封头法兰与筒体法兰轴向夹紧闭合。图3模型网格划分结果Fig.3Meshingresultsofthethreepeta

8、ltypeclamp图2φ900规格卡箍连接示意图1.4边界条件和载荷设定Fig.2Schematicdiagramofthree-petaltypeclampstructural对模型的边界条件和载荷进行设定，因为筒体1.2接触面设置法兰的底部截面与圆筒焊接连接，所以限制截面的轴将三维模型导入ANSYSWorkbench中进行静力向位移，对称表面设置为无摩擦约束等同于整体卡箍学分析（