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1、压力容器板材可弯性实验分析原作者：石煜辉出处：【关键词】板材,热成型,冷弯卷,实验分析【论文摘要】压力容器板材冷热弯卷的可行性问题，过去一般通过纯实 验来测定。从理论与实验两方面对冷热弯卷的可行性作了统一描述，这种方法是对该问题的 理论解释和实际应用。 分类号：TQ051.3 文献标识码：A文章编号：1000-7466(2000)02-0013-03ExperimentalanalysisofplatebendingabilityforpressurevesselsSHIYu-hui(Xinj
2、iangInstituteofTechnology,Urumqi830011,China)Abstract：Usuallyfeasibilityofcoldbendandhot-formingofplateforpressurevesselistestedbyexperimentinthearticle,it'sdescribedunitedlyintheoryandexperiment.Itcanbeusedintheoreticalinter-pretationandpracticalapplicationofplatebendingfeasibilitystu
3、dy.Keywords：plate;hot-forming;coldbend;experimentanalysis▲ 用理论与实验相结合的方法,分析了压力容器板材可弯性问题,这里板材系指锥形封头和筒节等可以简化为纯弯曲的材料。1 实际分析与理论简化1.1 力学分析 弯卷板材时,可以把它看成是在恒力载荷作用下的简支板梁或悬臂板梁。比如在对称式三辊滚圆机上可看作简支板梁,而在非对称三辊滚圆机上进行两端直边弯卷时,则是悬臂板梁。对于简支板梁,受力情况见图1。这里用集中力P取代了分布载荷。图1 简支板梁受力分析 对于真正的梁模型,存在弯曲正应力σx和切应力τxy,属于
4、平面应力问题。但对于板梁模型ABCDEFGH,取板梁内部的任一点，得到一个单元体abcdefgh,使单元体的6个端面分别与板梁模型的6个端面相平行。在abfe、cdhg两端面上作用着应力σx，在abfe、cdhg、abcd及efgh这4个面上作用有切应力τxy和τyx，这与梁模型一致。在BCGF与ADHE2个端面上无载荷作用，为自由表面，因而σz、τxz和τyz为0。同时在abfe、cdhg、abcd及efgh这4个端面上的应力σx、τxy与z轴无关，这也与梁模型一致。但由于板梁的宽度较梁的刚度大得多，也即比自身壁厚大得多，因而在单元体的bcgf和adhe两平行端面
5、上σz、τxz和τyz不为0，而且可以很大，所以板梁受力不是平面应力问题，而是三维问题，因此要精确求解是较困难的(图1中未标出τxz和τyz)。1.2 理论简化 由以上分析已知,在板梁内部的任一单元体,在bcgf和abhe2平行端面上的σz、τxz和τyz分量较大，这是与梁内部的分量比较而言的,但是这些分量与板梁内部的σx相比还是较小的,这是因为BCGF与ADHE2平行端面上无载荷作用,且单元体上的应力σx、σy、τxy与z轴无关。同时,对于通常应用(即对于足够长的板梁或梁)切应力τxy可略去。这是基于细杆理论或板梁理论的前提是依据几何特性的假设而导出,已证明其与
6、实验符合较好。可以认为板梁是承受纯弯曲,它仅受σx作用,所以属于一维问题。2 弯卷塑性应变确定 线应变定义ε=ΔL／L=（L＇-L／L）式中，L为变形前2质点相距长度,L为变形后2质点相距长度,ΔL为2质点变形前后长度差。 板材弯卷后的一段曲线,可以一级近似为一段圆孤长。根据线应变定义,得到塑性变形为: （1）式(1)中各量关系见图2。图中R为弯卷后板材中性层半径，R1为弯卷后板材外表面半径，LAB为板材中性层弧长(弯卷前后不变)，LCD为弯卷后板材外表面弧长，S为壁厚，θ为取板材上中性层弧长为LAB时对应的圆心角。图2 弯卷后板材的一段弧长 式(1)说
7、明使壁厚为S的平板,成为曲率半径为R的曲面,平板外侧则要发生S/(2R)的伸长,而中性层长度在理论上保持不变,同理可知内侧产生S/2R的压缩。其弯卷的限制极限由内外侧决定，内侧的压缩塑变量为最大。但对于压力容器板材,长度与宽度接近,厚度较薄,在压缩中宽度方向会越压越宽,但由于宽与长接近,经验证明不会发生弹性失稳或非弹性失稳而导致折皱。在厚度方向,虽壁厚较薄,但由于受中性层的外层作用和分布载荷的作用,经验表明也不会轻易失稳而折皱。亦即压缩内层纤维不会产生失效。 外侧的拉伸塑变量为最大,当其拉伸到颈缩点时,会发生塑性失稳而失效。比较内侧与外侧可知,弯卷的外侧是最有
