大型薄壁压力容器shell51单元模型应力线性化分析

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1、大型薄壁压力容器Shell51单元模型的应力线性化分析本文由supperhero123贡献pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。第32卷　5期　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第化工机械275大型薄壁压力容器Shell51单元模型的应力线性化分析郭崇志3　陈文昕　纪昌盛(华南理工大学)摘　　要针对ANSYS软件Shell单元无法得到应力线性化数据的问题,采用Shell单元建立了典型化工设备模型,通过具体分析Shell51单元的数据,给出了应力线

2、性化评价数据的计算方法和相应计算公式,实现了Shell51单元模型的应力线性化分析计算。同时,通过实例分析得到的结论,对于指导利用Shell51单元模型进行分析设计评估和化工设备的安全评价具有重要的作用。关键词　应力分类　数值分析　化工设备　压力容器　应力线性化　安全评价中图分类号　TQ05113　　　文献标识码　A　　　文章编号　025426094(2005)0520275204大型商用软件ANSYS用于化工设备或锅炉压力容器分析评价时遇到的应力线性化问题,在实体单元模型如brick或者plane模型中得

3、到了解决。但对于用Shell单元建立的模型,却不能直接得到应力线性化数据。因此,当需要采用分析根据图1,利用各类应力的定义,假定已知Shell单元模型沿着厚度方向两个表面点和中面点的应力,并且沿着厚度的方向(即曲面的外法线方向)为x的正向,建立如下的应力分类计算公式:平均薄膜应力Mi设计的方法对结构进行评估时,采用Shell单元建立模型就遇到很大的困难。解决这个问题,一般可以采用两种处理办法:一是子模型(submodel2ing)技术,对切割边界的要求很严格;二是在初步分析的基础上,在模型的局部再次细化模型

4、,直接利用输出数据进行评估。对于不需要做疲劳分析的大多数压力容器结构,通常采用第2种,但从理论上看这种方法具有近似性,其精度和可靠性,有待进一步研究。笔者从工程应用的角度出发,初步探讨了利用Shell51单元模型输出数据进行应力线性化分析的方法。1　Shell51单元应力线性化计算方法为了便于分析和比较,本文利用Shell51单元模型求解后得到的3层数据,即top、id、的mbot数据进行分析。其中,top和bot层是壳体的表面数据,mid是壳体的中面数据。δ/2σ=1δσ∫(x)dx-δ/2δ2(1)弯曲

5、应力σ=Bi62δZσ∫(x)dxδ2BM(2)峰值应力σi=σi-σi-σiδ—壳的厚度;式中　——Zσ—输出的总应力。　　　i——F(3)图1　沿着厚度截面的应力线性化图解3郭崇志,男,1956年11月生,副教授。广东省广州市,510640。2762005年化工机械2　实例分析与讨论为了验证式(5)～(7)的处理效果,利用某天由于单元可以输出顶面、底面和中面各点的单向应力,因此,可以假定整个厚度截面上的应力分布由已知3点确定。这时,利用Lagrange插值[1]多项式,可以得到由3个已知应力数据点决定的

6、应力分布函数:2δδ22σ(x)=2xxσT-2xσ+24Mδδ(4)　　　　　xx+σB2式中,x沿着壁厚正方向。将式(4)分别带入式(1)～(3),可以得到:σi=M然气水洗脱硫塔顶部压力容器椭圆封头开孔结构进行了实例计算,压力容器的几何参数如下:容器半径R容器厚度δ封头形式封头厚度δ1接管半径r接管厚度δ2法兰外径R1法兰厚度δ3计算压力p许用应力[σ]材　　料01505m01300m16MnR0.010m标准椭圆0.010m0.1025m0.014m0.030m1.2MPa170MPa1(σT+4M

7、+σB)σ6(5)Bσi=±1(σT-σB)(6)2FZ11σi=σi(σT+4M+σB)μ(σT-σB)σ62(7)根据式(5)～(7),即可利用Shell单元建立的模型输出数据,近似计算出应力分类评价方法中的3个重要的应力强度分量,并按照评价规则进行设计评价或者性能评价。具体的5个评价条[2]件为:ta.Pm≤[σ]b.c.d.e.PL≤1.5[σ]ttt数值分析采用ANSYS软件单元库中的Shell51单元建立分析模型,得到的模型如图2所示。为了保证计算精度,全部单元尺寸均为2mm。表1、列出了采用式

8、(5)～(7)处理的结果,其中单2元的编号以及开孔接管连接区的离散化模型的放大图见图3,图3中显示了ANSYS的单元编号。PL+PB≤1.5[σ]PL+PB+Q≤3[σ]PL+PB+Q+F≤Sm该模型中,目前存在的最大问题是无法分离出一次弯曲应力分量PB。因此,在分析设计的5个评价条件中,只能完成a、、、4个条件的判bde定,而c条件无法判定。根据理论计算,弯曲应力分量由两部分构成。其中一部分是连接边界(结构局部