鞍式支座对圆柱壳体外压承载能力的影响.pdf

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1、300化工机械2012矩鞍式支座对圆柱壳体外压承载能力的影响郭晓霞“魏冬雪2(1．太原科技大学化学与生物工程学院；2．中国寰球工程公司)摘要采用有限元方法对受外压作用的有鞍式支座支撑的卧式容器筒体进行了线性和非线性稳定性分析。研究了鞍式支座对筒体临界失稳外压的影响。结果表明，鞍式支座的存在对筒体起到了加强作用．增大了筒体的临界失稳外压，支座反力对筒体的临界失稳外压影响不大。关键词压力容器筒体鞍式支座稳定性分析外压中图分类号TQ051．3文献标识码A文章编号025445094(2012)03-0300-04在工程实践中，许多卧式容

2、器常承受外压作用，当外压载荷增大到某一数值时，壳体会突然变形发生失稳⋯。目前国内对外压薄壁圆筒失稳的分析是按照理想圆柱壳小挠度理论进行的，这种理论没有考虑到失稳本质上的几何非线性问题，同时也忽略了实际存在的一些结构缺陷。因此，理想结构和实际结构在外压承载能力上的差距值得研究，魏冬雪等阻1曾对承受外压和支座作用的碟形封头进行了线性和非线性稳定性分析，结果发现对于常见的三支座或四支座壳体来说，支座的存在对封头的临界失稳外压几乎没有影响；支座上有无垫板对封头的临界失稳外压影响不大，但垫板能够提高封头的临界失稳轴向力。对于圆柱形壳体，研

3、究主要集中在单端夹持的圆柱壳体和带有不同种类加强圈的壳体的外压失稳分析口“1，但对于卧式容器来说，鞍式支座的存在是否影响其外压承载能力，目前还未见详细的研究报道。笔者采用有限元方法，以一台卧式容器为例，研究鞍式支座的存在对筒体外压稳定性的影响。1卧式容器的整体结构笔者所研究的卧式容器其简体内径为2800mm，厚18mm，筒体长8000mm，采用标准椭圆封头，筒体和封头材料均为Q345R，支座选用JB／T4712．1—2007中所示的BI型鞍座，材料为Q235一B。建立的卧式容器整体结构几何模型如图1所示，鞍座支座几何模型如图2所

4、示。图1卧式容器整体结构几何模型图2鞍式支座几何模型2理论计算根据理想圆柱壳小挠度理论对卧式容器的简体进行稳定性分析，计算其临界失稳外压。筒体的计算长度L为8466．7mm，临界长度L。。为41649．4ram(L

5、网格划分和应力分析。“。分别采用几何线性(特征值屈曲)和非线性分析方法对卧式容器简体稳定性进行研究，具体包括4种分析内容：a．无鞍座结构中，筒体的临界失稳外压；b．有鞍座结构中，不考虑支座反力时，简体的临界失稳外压；c．有鞍座结构中，考虑由容器自重产生的支座反力时，筒体的临界失稳外压；d．有鞍座结构中，考虑由容器充水重产生的支座反力时，筒体的临界失稳外压。无鞍座结构和有鞍座结构的有限元网格模型如图3、4所示。图3无鞍座结构的有限元网格模型图4有鞍座结构的有限元网格模型3．2载荷与边界条件在4种分析内容中，左侧封头与简体连接处的全

6、部结点上施加全约束。对于分析内容c，卧式容器的自重为14320kg，鞍座底板上的全部结点施加由容器自重产生的支座反力；对于分析内容d，卧式容器的充水重为71320kg，鞍座底板上的全部结点施加由容器充水重产生的支座反力。4结果分析与讨论表1给出了线性和非线性两种分析方法得到的：无鞍座、有鞍座无支座反力和有鞍座有不同支座反力4种情况下筒体的临界失稳外压，可以看出，线性分析所得到的临界失稳外压略大于非线性分析的结果，鞍座的存在使简体的临界失稳外压提高了大约10％。支座反力的大小对容器的临界失稳外压几乎没有影响。表I筒体的临界失稳外压

7、kPa图5显示的是不同结构和不同支座载荷作用下简体发生外压失稳时的位移分布。由图5可以看出，无鞍座结构中，筒体沿周向发生均布的失稳，失稳时的波数是4；有鞍座结构中，失稳部位发生在鞍座之上，鞍座附近的筒体位移没有明显的变化。这说明鞍座对简体下半部分起到了加强作用，支座反力不同，简体发生失稳的位置不一佯．”是简体的临羿≯：碜外K儿于小尘a无鞍座结构厂、＼√’^N!嚣302化工机械2012年b有鞍座无支座反力结构}■簟c有鞍座考虑自重；埔]：嚣。⋯～察

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9、t{n鞍一小弓脬危叶：一『j．rj矗!的蔓『节f‘／j*糊图5筒体发生外压失稳时

10、的位移分布对比理论计算结果和有限元分析结果可以看影响。出，根据理想圆柱壳小挠度理论计算所得的简体5．4采用常规方法计算得的简体临界失稳外压临界失稳外压较小，因此，可以认为按GBl50进偏于保守。行外压筒体的设计偏于保守。E建论参考文献5．1线性分析所得到的临界失