基于有限元的三通管应力分析与强度评定.pdf

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1、第40卷第1i期化工技术与开发Vo1．40No．1l2011年11月Technology&DevelopmentofChemicalIndustryNOV．201l蝴臼国基于有限元的三通管应力分析与强度评定翁剑成。谢煌生(龙岩学院物理与机电工程学院机电系，福建龙岩364102)摘要：通过三通的有限元分析，获得了内压作用下三通的应力分布特性；依据ASMEⅧ．Ⅱ《美国压力容器规范分析》进行应力强度评定，工程应用表明，采用有限元分析软件能很好地解决设备开孔产生的应力问题，特别是当管口承受复杂外载荷情况下的应力计算。关键词：有限元；应力分

2、析；强度评定中图分类号：TQ055．8文献标识码：A文章编号：1671—9905(2011)11-0064—03三通是管道系统中的常用部件．不仅仅是管在内表面施加工作压力9．1MPa．在支管横截面A道改向和物料分流的重要结构，而且是一种重要和主管横截面C上施加均布应力_2_。的柔性元件，能够有效消除管系中因温差和安装尺寸偏差等原因造成的应力，与管道中直管道相比，三通属于大开孔结构，存在几何形状不连续因素，在相贯线的拐角处会形成极大的应力集中。致使在正常的工作条件下，该处也可能达到屈服，根据分析设计方法的观点，结构的一点或局部进入塑

3、性屈服并不导致破坏，容器中各种应区域力对其强度的影响各不相同，要想设计既经济合理．又安全可靠，就应当科学地对应力进行分类．并按不同的设计准则予以限制_1]。图1三通管道1／4分析模型1有限元模型的建立在建模上考虑到结构、外载及约束上的对称性，采用了简化形式，建立了1／4模型，如图1所示，在网格划分上采用三维20节点六面体单元solid95，为了确保计算结果的精确度。网格应尽可能规整、均匀，为此整个模型网格通过一些处理采用映射划分．模型中共有29487节点。共有26688单元，网格划分如图2。在工作温度292~C，管道材料E=187

4、GPa，泊松比=O_3，设计应力强D度Sm=123MPa。位移约束情况是：剖切面B施加Y向位移，作者简介：翁剑成(1978一)，男，汉族，福建龙岩市人，龙岩学院机电系教师，助教硕士，从事有限元分析计算研究，E-mail：wjcan—dyl23@126．corn，Tel：13850602912收稿日期：2011-07—08第翁剑成等：基于有限元的三篁坚坌塑兰堡兰——————11期40．40MPa,PI-~有Pa3捌蚴。2有限元网格划分合理性验证d．30M,应0MPa．善52箸15．6为5M脯l"a；萼翟言亨耥而0"与径向应力二，之和

5、的一半，与u圆H限o示的黑点，有限元计算结果如图4所乃、。表1内外壁理兰兰竺墨查————图3主管截面路径f×1∞对危险部位用线处理法将应力分：耄耄')芸基荛誓譬篙譬品篥'力蓍耋嚣蓉藁毳壁嚣出现最妻大值，具体磊的应力分肼器禾”图4主应力随路径距离的变化关系说明是拉就s3为c，望嚣蔷：茎伟信有32最67M大P值a，内壁S3有最'／小j、值裂力一-505MPa，’．约为并,N15．64MPao(2)52近似为直线，并且．5S22约约刀司图线之翟压力容器分析设计基础理对千轰霎嘉拦要寒．Or图5评定路径图是拉应力二为负值，说明盛是J盘应雾了

6、]为，仕姒阻芏上刚，化工技术与开发第40卷，‘表2各评定线上的应力分解结果／MPad／R器秘剐骥⋯拣d／氆尉嘿⋯瓣d／辍剐蛹⋯瓣硝d，籁尉嚼⋯躲}；；＼l10鲫98"7765：合4432}}}1l}ii1l＼离内壁的距离，m(a)路径1总应力分解结果‘4结论＼ASMEⅧ一Ⅱ《美国压力容器规范分析》要求对计算部位的应力作详细计算，按应力性质影响范围及分布状况将应力分为一次应力、二次应力＼和峰值应力。对于不同性质的应力给予不同的限制条件。由于三通所受载荷并非周期性载荷，故192-576—961．3441．728离内壁的距离，m会产生破

7、坏影响的只是一次应力和二次应力，对峰值应力的影响可以不考虑，因而只需满足如下‘两项应力限制条件。由材料在工作温度292oC下＼的设计应力强度为S,．=123MPa，从表2可以看出：(1)一次局部薄膜应力Pz=182．6MPa

8、a<3．OSm=3．Ox123=369MPa。其中，为一次局部薄膜应力；Pm为一次弯曲应力；Q为二次＼应力，故满足强度要求。参考文献：[1]贺匡国．压力容器分析设计基础(第1版)[M]．北京：＼．机械工业出版社．1995．[2]王泽军．锅炉结构有限