外载荷作用下大开孔接管应力计算精度的影响因素分析.pdf

《外载荷作用下大开孔接管应力计算精度的影响因素分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第53卷第6期化工设备与管道Vol.53No.62016年12月PROCESSEQUIPMENT&PIPINGDec.2016外载荷作用下大开孔接管应力计算精度的影响因素分析徐君臣（惠生工程（中国）有限公司，上海201210）摘要：以在内压与外载荷作用下的圆柱壳上一大开孔接管为例，基于ANSYS软件中APDL语言建立了其有限元模型，研究了单元类型、单元技术、网格密度、施加外载荷方法等因素对计算的应力与位移的影响，同时将计算结果与薄壳理论解进行了对比。计算结果表明，以上4种因素对有限元分析结果影响较大。在网格划分密度较大情况下，优先选择Solid186单元全积分单元技术或Soli

2、d185单元增强应变单元技术；外载荷施加应采用RBE3命令。模拟结果可为外载荷作用下接管应力分析提供一定参考依据。关键词：大开孔接管；应力强度；单元技术；外载荷；有限元中图分类号：TQ050.2；TH123文献标识码：A文章编号：1009-3281（2016）06-0009-000压力容器壳体结构开孔连接接管，削弱了壳体限载荷的比值来确定壳体的强度是否足够。薛明德等[4-6]本身强度，同时也破坏了结构的连续性，再加上接管人对圆柱壳开孔接管应力分析进行了一系列理论上会有各种附加载荷产生的应力、温差应力以及壳体研究，并于2013年发布了指导性技术文件CSCBPV-材质和制造缺陷等因

3、素的综合作用，使壳体与接管连TD001—2013《内压与支管外载作用下圆柱壳开孔[7]接处往往成为压力容器破坏的原发部位。对开孔接管应力分析方法》，该方法具有适用参数范围广、考的设计，首先需要进行开孔补强计算；其次要在外荷虑载荷条件全面、计算精度高等特点，为圆筒径向开载作用下计算壳体与接管连接处的局部应力。对于接孔接管应力分析和结构设计、优化提供了快捷、可管局部应力的计算，研究者做了大量工作并得出了许靠的途径和依据。表1给出了不同求解局部应力方法多有价值的研究成果。的比较结果。当然，用上述方法也有可能出现满足尺[1]Wichman等人根据Bijlaard教授研究成果进寸条件，但

4、无法根据曲线获得插值而导致无法求解。行了总结和推广，并作成可以直接用于工程计算的计在计算条件允许的情况下，也可以采用有限元分析的算公式和图表，于1965年在WRC107公报上发表了方法来获得壳体与接管连接处的应力，该方法对分析[8]在外载荷作用下球壳与圆柱壳的局部应力计算。但是的结构尺寸没有任何限制。可以按照JB4732进行[9-11]该方法存在一定的局限性：一是只计算球壳与圆柱壳弹性应力分析，进行应力分类与强度评定。的应力，而不能考虑与壳体连接的接管应力；二是只有限元法对接管进行局部应力分析得到了工程考虑了圆柱壳与圆形实体连接的结构，没有包括圆设计人员的广泛关注，但其计算结果

5、与分析过程中很[2]柱壳与接管连接结构。Mershon等人于1984年在多因素有关。鉴于此，本文从单元类型、单元技术选WRC297公报上发表了在外载荷作用下圆柱壳接管局择、网格密度、施加外载荷方法等因素研究了大开部应力计算，弥补了WRC107公报的不足。欧盟于孔接管局部应力计算，并与薄壳理论解进行了对比，[3]2002年颁布的EN13445中给出了不同于以上两种以期为接管局部应力分析计算提供一定参考。方法的局部应力计算方法，该方法对结构的几何尺寸收稿日期：2016-07-29给定了一个很宽的适用范围。EN13445标准计算结作者简介：徐君臣（1987—），男，工程师。主要从事压

6、力容器设果未给出圆柱壳与球壳的薄膜应力，以实际载荷与极计及有限元分析等工作。·10·化工设备与管道第53卷第6期表1不同求解局部应力方法的比较结果Table1Thecomparisonofdifferentmethodstosolvethelocalstress项目WRC107WRC297CSCBPV-TD001-2013柱壳上和凸形封头上圆形、方形、适用范围柱壳上接管柱壳上接管矩形附件d/D≤0.07～0.57d/D≤0.5d/D≤0.9参数范围10≤D/T≤600／=dD/T≤5／=dD/1T≤2／=dD/1T≤2t/T≤2d/D≤t/T≤2理论基础壳体为弹性薄壳理论，不考

7、虑开孔扁壳方程，只适用于小开孔情况弹性薄壳理论介质压力、轴向拉力、弯矩、集考虑的载荷轴向拉力、弯矩、集中力轴向拉力、弯矩、集中力中力交贯线处广义力与位移的精确的交贯线几何描述，近似的求解不开孔精确方程，精确求解连续条件方法没考虑介质压力与接管壁厚变化对附录A所给曲线图组不允许外延缺点没考虑介质压力壳体应力的影响取值厚度方向上网格划分少于两层，则二次缩减积分单元1单元类型、单元技术与施加外载荷方法介绍也可能出现沙漏效应，在网格细化的情况下可以保证1.1单元类型与单元技术计算精度。除了大应变的弹