内压容器椭圆封头应力分析.pdf

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1、第４５卷第５期石油化工设备Vol畅４５No畅５２０１６年９月PETRO‐CHEMICALEQUIPMENTSept．２０１６设计计算文章编号：１０００‐７４６６（２０１６）０５‐００２１‐０４①内压容器椭圆封头应力分析苏亮（湘潭大学机械工程学院，湖南湘潭４１１１０５）摘要：基于薄膜理论和有力矩理论，推导了椭圆封头与圆筒连接边缘区的应力公式。对１台内压容器椭圆封头进行了有限元仿真，并通过电阻应变测量法验证了理论解和有限元解的正确性。结果表明，边缘区的应力集中不在封头的赤道处，边缘应力具有一定的局限性。关键词：压力容器；椭圆封头；边缘应力；应力分析

2、中图分类号：TQ０５０．２；TH４９文献标志码：Adoi：１０．３９６９／j．issn．１０００‐７４６６．２０１６．０５．００５StressAnalysisofthePressureVesselswithEllipsoidalHeadSubjectedtoInternalPressureSULiang（SchoolofMechanicalEngineering，XiangtanUniversity，Xiangtan４１１１０５，China）Abstract：Derivationofthestressformulaforthetransitio

3、njointofellipsoidalheadandthecyl‐inderisbasedonthemembranetheoryandtorquetheory，andfiniteelementmethod（FEM）isa‐doptedtosimulatethepressurevesselwithellipsoidalheadsubjectedtointernalpressure．Resist‐ancestraingaugemethodisusedtoillustratethefeasibilityoftheresultsobtainedfrom

4、theoryandFEManalysis．Theresultsshowthatthereisnostressconcentrationzoneintheequatorofhead，andvergestresshascertainlimitation．Keywords：pressurevessel；ellipsoidalhead；vergestress；stressanalysis［５‐１２］椭圆形封头由半个椭球壳和直边段组成，封头种方法结合的研究尚不多见。为了较准确地了中应力分布比较均匀，且易于冲压成型，是目前国内解椭圆封头的应力分布情况，笔者

5、结合薄膜理论和［１‐３］外中、低压容器中采用最广泛的封头型式之一。有力矩理论，推导出椭圆封头与圆筒连接边缘区应由于椭圆封头与圆筒连接处曲率发生突变（结构不力计算公式，以１台椭圆封头内压薄壁容器为对象，连续），在该局部区域有衰减很快的应力增大现象，借助有限元分析软件ANSYS进行数值模拟，得出即不连续效应。由此引起的局部应力称为不连续应了椭圆封头与圆筒连接处的应力分布图，通过电阻［４］力。为了确保结构的安全运行，必须对这些部位应变测量法验证了相关分析的正确性。进行必要的应力分析。这对中、低压容器的设计、制1理论分析造以及使用有一定的价值和意义。对

6、于椭圆封头与圆筒连接处的应力分析采用多对承受内压p的薄壁圆筒与半椭圆封头连接①收稿日期：２０１６‐０４‐２３基金项目：湖南省教育厅科学研究一般项目（５０９４５）；湘潭大学校级项目（SGC２０１５００１）作者简介：苏亮（１９８６‐），男，甘肃兰州人，实验师，硕士，研究方向为装备结构的计算机辅助设计与结构分析优化。·２２·石油化工设备２０１６年第４５卷结构（图１），应用薄膜理论可导出薄壁圆筒的薄膜内压引起的薄膜应力和有力矩理论的边缘应力［４］应力以及计算椭球壳薄膜应力的胡金伯格方程。叠加得到边缘区的总轴向应力φ总和σ总环向应力倡倡对于圆筒部分，薄膜

7、轴向应力φ是环σ向应力θ的σθ总的计σ算公式：一半，即：倡MpR６F０－kxφ总＝φ＋σφ＝σ碢σ２esin（kx）倡倡２SkSδδφ＝θ／２σ＝pRσ／（２S）δ（１）式（１）中除已说明的变量外，其余量的意义见图１。倡NMpR２kRF０（４）θ总＝θ＋θσ＋θσ＝σ－σ×SSδδ－kx６F０－kxμecos（kx）碢２esin（kx）kSδ对式（４）求极值，得当kx＝π／４时，φ总有极大值；当kx＝１．８时，θ总有极大值。结σ合薄膜理论和有力矩理论，与等壁厚圆筒连接的标准椭圆封头特殊位置上的应力分析见表１（泊松比取０．３）。表1标准椭圆封头及

8、边缘区应力分析位置／mm轴向／倡环向倡σσφ总φθ总／φ顶点处x＝－b２２x＝－３b／３２０赤道处x＝０１０x＝０．６１１R２．１７１δ．７０x＝１．