单层与多层包扎简体开孔的应力分析比较.pdf

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1、第52卷第l期2叭5年2月化工设置与誓道PROCESSEQUIPMENT&PIPINGVbl．52No．1Feb．2015·压力容器·单层与多层包扎简体开孔的应力分析比较周大坤1，叶涛2(1．沈阳鼓风机集团压力容器有限公司，沈阳110869：2．哈尔滨电气股份有限公司，北京100045)摘要：对单层与多层包扎筒体开孔接管进行了应力分析，考虑了层与层之间滑动无摩擦接触与有摩擦接触(摩擦系数o．15)两种情况，并对关键路径的薄膜应力、薄膜加弯曲应力以及计算时间进行了比较分析。结果表明，多层包扎结构筒体厚度方向的薄膜应力较小，不连续处的应力较大。在非疲

2、劳条件下，对于高压厚壁容器，推荐使用多层包扎的结构。关键词：多层包扎：应力分析；开孔：有限元中图分类号：TQ050．2；TH122文献标识码：A文章编号：1009—328l(2015)01．0007．004多层包扎容器广泛应用于石油化工、化工、电力生产中。由于多层包扎容器结构较为复杂，一般直接根据GB15卜2011⋯进行设计，较少用应力分析进行计算。本文选取了压力容器上常用的简体接管模型，分别对单层与多层简体进行了应力分析计算，选取简体接管上典型的三条应力路径，分别对其薄膜应力、薄膜加弯曲应力进行比较分析，得出其应力分布特点。与此同时，通过对计算

3、时问、简体上膜应力的大小的对比，得出两种结构在实际使用上的优缺点。1有限元计算模型1．1模型的选择压力容器结构设计中，壳体开孔一直都是一个研究的重点内容，在实际使用过程中，容器因开孔处破坏导致失效的也是比比皆是。因此，计算选用筒体接管模型进行分析比较。1．2设计参数选取筒体的厚度为60mm，补强管厚度40mm，具体各部分的尺寸见图1。计算中只考虑内压的作用，不考虑接管口的力与弯矩。内压大小为卢10Ⅷa，由此计算得的接管端部与右侧简体端部的反向拉力P1与B如下：D；。21002P】印赢了。1似丽而一1n417胁D；。26002P2印高叫似而一47石

4、19Ⅷa‘Di。2-D。。2600‘一660‘至碉喜—／图1简体结构尺寸Fig．1DetailSize采用三种不同的模型进行对比分析，具体结构见表1。表1各模型具体结构7I^ablelDetail吼1InmofModcIs模型J。：数，ntJ立J，；0lJ{受自m肜iE{舞I’J{ii：；I℃I1。n()111ln。骼f水jfn人式Ⅱl(J6111111洲r、Ⅱ九I剥察俐4x}l{n八式『『『⋯㈤一【』纂繁慧祭f惭人式『『『⋯㈤1『n【橐。靠衙∞俐蕾捅人式1．3网格划分及加载由于不考虑管口力与弯矩的作用，本模型在三个维度上均是对称的，因此采用1／

5、8模型进行有限元分析，将F0、尸O、F0三个平面均设置成为对称面。有限元分析软件采用Ansysl4．0。有限元模型见图2与图3，网格的划分见图4。收稿日期：2014—04—21作者简介：周大坤(1979一)，男，黑龙江省肇东市人，高级工程师。主要从事高温、高压容器的热力特性的研究工作。化工设置与置叠第52卷第1期图2单层结构有限元模型Fig．2ModelofSin91eLayerVesse图3多层结构有限元模型Fig3ModelofMultilayervesse图4网格的划分F嘻4MeshingView三种模型采用的单元类型与个数见表2，三个模型

6、中使用的材料特性相同，弹性模量庐2×105MPa，泊松比口=0．3。表2单元类型与个数Table2ElementTypeandCoLln‘模型单元类型IIIIISOLIDl86SOLIDl86CONTAl74／TARGEl70SOLIDl86CONTAl74／TARGEl70单元个数实体19660接触2993节点个数87979奎竺21860126271接触38537奎箕21860126271接触38537由上表可知，由于仅有接触类型的不同，模型Ⅱ与模型Ⅲ的接触单元类型、个数及节点个数完全相同。三个模型的网格划分基本一致，因此实体单元的个数相差不大

7、，分析结果是具有可比性的。2分析计算与比较采用简体接管结构中的三条典型路径进行分析，详见图5。三个模型中的路径位置完全一致。巴寰。嗣毒．图5分析的路径Fig．5AnalysedPaths2．1线性化应力的比较各模型线性化应力值见表3。表3各模型线性化应力值Thble3LinearizedPathStressofEachModelMPa路径心／』种类+模}州l模型Ⅱ模型ⅢMEM二08，R7265．4625971P01MEM+BEN330．414062639585MEMl54．4131．6212988P02MFM+BEN19952067920284M

8、EMP03MEM+BEN64．67221．6201．9246．55197．82239．33MEM121．67118．55120．84P0