异种钢圆柱壳开孔接管的应力强度评定研究-论文.pdf

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1、第41卷第3期化工机械36l异种钢圆柱壳开孔接管的应力强度评定研究黄赛周昌玉彭剑贺小华(南京工业大学机械与动力工程学院)摘要重点考虑了开孔率和材料强度匹配对异种钢焊接结构的影响。按照GB150．201l常规设计等面积补强方法确定接管壁厚，在此基础上，采用以JB4732-1995弹性应力分析和理想弹塑性极限栽荷方法为依据的有限元方法分别对其进行安全评定。结果表明，开孔率和材料强度匹配显著影响评定结果。对于有较低强度匹配和较大开孔率的圆柱壳径向接管结构，采用常规设计方法没有足够的安全裕量，采用分析设计方法可以保证结构的安全可靠。关键词异种钢开孔开孔率强度匹配应力强

2、度评定中图分类号TQ050．6文献标识码A文章编号0254．6094(2014)03-0361-05异种钢焊接结构常用于石油化工、火电和核到接管有效补强范围，取接管外伸长度为电装置中的压力容器和管道。异种金属接头不仅600mm，半筒体长度为5000mm。由于分析模型可以满足单一金属自身不能满足的物理性能、化在结构和载荷(仅受内压)方面具有对称性，故取学性能以及力学性能等方面的要求，而且可以节原结构的1／4作为分析模型。笔者对18个有限元省费用，节约能源，提高使用性能⋯。圆柱壳开模型分别进行了弹性分析和弹塑性分析。孔结构通常采用的设计方法有等面积补强法]，弹性应

3、力分析法和极限载荷法]。等面积A兰’补强法简单可行，并广泛应用于工程设计。随着√＼计算机技术的不断提高以及有限元数值分析方法0应用的Et益广泛，弹性应力分析方法已广泛应用ll＼于特殊结构的压力容器设计中。I叫／／／／／／／／＼●I1有限元计算模型／1．1几何模型n／、。2±O．56。为有效模拟实际工程中的开孔结构，在简体f1、、’-—_．毫与接管的相贯区添加了焊接接头单元，如图1所示，焊接结构尺寸参照GB150．2011。以某洗图1焊接接头单元示意图涤塔为例，其相关参数为壳体内径Di=3300mm，壁厚8。=68mm，设计压力7．15MPa，设计温度1．2材料

4、性质280oC，承压部件材料为13MnNiMoR，$3160311。根据焊缝强度与强度较低的母材相匹配原开孔率P=d／Di(di为接管内径)，其值分别取则，设定焊接材料与接管材料相同。在设计温度0．05、0．10、0．20。强度匹配(接管和壳体材料下，设定壳体材料的许用应力[or]‘为定值，接管许用应力比值)，其值分别取0．5、0．6、0．7、0．8、材料的许用应力[]随强度匹配而改变。壳0．9、1．0。按GB150—2011等面积补强方法确定体材料的屈服强度=390MPa，弹性模量E。=接管的极限壁厚艿，接管内倒角取10mm。考虑184．6GPa，接管材料的

5、弹性模量为183．6GPa，泊$黄赛，男，1988年4月生，硕士研究生。江苏省南京市，211816。第41卷第3期化工机械363表2接管最小壁厚日窒赵蹬3．2基于JB4732-1995和GB150—2011的应力强度评定根据设计参数和表2，对图2所示的结构进强度匹配，r行有限元应力分析。对图3所示的3条路径分别进行线性化分析，结果如图4—9所示。图6基于JB4732不同开孔率路径3—3的应力强度曲线日凸一蓦憩图3分析结构的应力线性化路径日戆强度匹配图7基于GB150不同开孔率路径3—3的应力强度曲线强度匹图4基于JB4732不同开孔率路径2-2的应力强度曲线日

6、窒日皇想想强度匹配强度匹配图5基于GB150不同开孔率路径图8基于JB4732不同开孔率路径2—2的应力强度曲线1—1的应力强度曲线364化工机械2014拄7OO同一强度匹配下，s和s的值随着开孔率的增—．卜-P=0．05．S132—··一P=0．10，SII—●一P=0．2O．5I】大分别增大。分析结果表明，JB47321995比GB600—‘I—p=O．05；sⅣ∞●●●∞L4—●一p=0．1U，w150—2011的评定方法更趋保守。—P=0．20．S芝500．*．2．2S，GB1503．3极限载荷计算—-x一2．6S，GB150嘣根据表1中的设计参数和表

7、3中的接管壁400厚，进行了极限载荷计算。图10中直线对应值等于1．5倍的设计载荷。根据JB4732的5．4．2．1款和ASMEⅧ．2的5．2．3．4款，当极限载荷下限值高于直线所对应的值时，结构有足够的安全裕O．6O_81．0强度匹配量。图10表明，当开孑L率为0．05和0．10时，结构有足够的安全裕量。当开孔率为0．20，强度匹图9基于GB150不同开孔率路径配小于0．9时，结构没有足够的安全裕量。同一1．1的应力强度曲线开孔率下，结构的极限载荷随着强度匹配的增加而增加；同一强度匹配下，结构的极限载荷随着开图4—9所示的直线和虚线是根据标准得到孔率的增加而

8、减小。开孑L绝对直径的增大，破坏的两条