外壓錐殼有限元模擬研究.pdf

1、錐殼是壓力容器必不可少的元件，保證錐殼安全可靠的運行是極其重要的。工程設計時通常將錐殼當量成圓筒來處理，ASMEⅧ-1、ASMEⅧ-2及EN13445-3采用了不同的當量規(guī)則。由于錐殼大端和小端幾何不對稱，加強圈的設置不如圓筒殼體來得直觀，目前各國壓力容器標準還沒有明確給出錐殼加強圈最佳位置設置的規(guī)定。工程計算時，圓筒的有效加強寬度計算通常是殼體兩側各取0.55√Dt，目前各國壓力容器標準還沒有明確給出錐殼上加強圈有效加強范圍的相關規(guī)定

2、。各標準關于筒-錐結構外壓計算長度的規(guī)則存在差異，ASMEⅧ-1標準中筒-錐不連續(xù)處的最小加強面積計算方法來源Farr理論，并沒有考慮錐殼可能起到的加強作用，而EN13445-3則將α≥30°的筒-錐結構不連續(xù)處作支撐線處理?，F(xiàn)有壓力容器常規(guī)設計標準的關于外壓錐殼設計是理論推導而得或經驗公式，隨著數(shù)值模擬技術的快速發(fā)展，很多學者采用有限元等數(shù)值模擬技術對外壓錐殼穩(wěn)定性問題進行研究。
　　本文采用有限元模擬計算，對外壓錐殼、外壓筒-

3、錐結構工程設計所涉及的部分問題展開討論與研究，主要工作和成果如下:
　　1.對比分析GB150、ASMEⅧ-1、ASMEⅧ-2和EN13445-3標準中外壓錐殼的當量規(guī)則，綜合外壓錐殼、筒-錐結構設計方法的理論來源并分析各個標準關于外壓錐殼、外壓筒-錐結構設計的異同點。
　　2.采用有限元方法對外壓錐殼等效方法及錐殼上加強圈有效加強范圍進行模擬計算。有限元模擬得到關聯(lián)系數(shù)ρ與錐形比λ、半錐角α及邊界條件之間的關系。有限元模擬

4、結果表明錐殼上加強圈兩側的應力變化程度不一，考慮工程計算的簡便性，兩側的有效加強寬度均取0.55√Dt/cosα是合理可行的。
　　3.采用有限元模擬計算分析，結合當量方法和等效方法的分析，研究外壓錐殼加強圈最佳位置工程計算問題。基于當量方法思想，得到一種加強圈最佳位置的簡便計算方法。分析結果表明:加強圈最佳支撐位置k值與錐形比λ有關，隨錐形比λ增大，最佳支撐位置k（或k1和k2值）也增大。采用當量方法、等效方法與有限元特征值法求

5、得的最佳支撐位置k值相差并不大，等效方法與有限元模擬所得結果較接近。
　　4.討論ASMEⅧ-1和EN13445-3標準中筒-錐結構的外壓計算長度，提出一種合理可行的當量方法，改進了筒-錐結構的外壓計算長度。有限元模擬計算表明:α≥30°時，筒-錐不連續(xù)處作支撐線處理是合理可行的，對于有折邊過渡段的，支撐線取折邊段的小端是保守可行的;α＜30°時，筒-錐結構外壓計算長度取L=Lcyl+Le是保守可行的。
　　本文針對外壓錐殼