平板開孔及矩形容器應(yīng)力和結(jié)構(gòu)的分析研究.pdf

1、平板是鍋爐、壓力容器中的常用元件。我國的GB150-1998《鋼制壓力容器》和ASME《Boiler and Pressure Vessel Code，Sec.Ⅷ-Div.1～2，Pressure Vessel，copyright 2004》對(duì)平板的強(qiáng)度設(shè)計(jì)作了有關(guān)規(guī)定。但是，對(duì)于圓平板開孔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)還存在需要深入研究的問題；對(duì)于矩形容器的設(shè)計(jì)，也沒有給出工程設(shè)計(jì)用的計(jì)算公式。為此，本文應(yīng)用現(xiàn)代數(shù)值計(jì)算方法對(duì)開孔圓平板和矩形容器的應(yīng)力及

2、結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析研究，主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下： (1)對(duì)實(shí)心圓平板在幾種板殼連接型式下的力學(xué)模型進(jìn)行了有限元分析計(jì)算，給出了有限元計(jì)算結(jié)果與解析解的應(yīng)力比值，由比值表明兩者的結(jié)果基本一致。同時(shí)分析了圓平板上的應(yīng)力分布特點(diǎn)。 (2)對(duì)開孔率小于等于0.5、大于0.5以及開矩形孔三種結(jié)構(gòu)的圓平板進(jìn)行了有限元應(yīng)力分析。當(dāng)圓平板開孔率小于等于0.5時(shí)，研究了在2d范圍內(nèi)補(bǔ)強(qiáng)的方法，對(duì)比了各種開孔補(bǔ)強(qiáng)方式下的應(yīng)力曲線，結(jié)果表明圓平板

3、在2d范圍內(nèi)開孔補(bǔ)強(qiáng)的方法能滿足平板應(yīng)力強(qiáng)度的要求，而當(dāng)前的各國標(biāo)準(zhǔn)中都沒有明確規(guī)定平板的補(bǔ)強(qiáng)范圍。采用GB150-1998《鋼制壓力容器》中均勻增加平蓋厚度的補(bǔ)強(qiáng)方法時(shí)，在孔邊2d范圍內(nèi)仍存在著較大的應(yīng)力集中，難以達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)的效果，這種現(xiàn)象對(duì)于開孔直徑小的平蓋尤為明顯。 對(duì)于開孔率大于0.5的圓平板結(jié)構(gòu)，平板與筒體連接處存在很大的邊緣應(yīng)力。當(dāng)平板與筒體的連接部位采用錐形段或圓角過渡時(shí)，有限元計(jì)算結(jié)果表明，兩者都能減小平板與筒體連

4、接處的邊緣應(yīng)力，但是該局部區(qū)域仍存在較大的一次應(yīng)力加二次應(yīng)力；連接部位的有限元計(jì)算結(jié)果經(jīng)線性化處理后，一次應(yīng)力加二次應(yīng)力應(yīng)按3倍許用應(yīng)力進(jìn)行校核，同時(shí)還必須對(duì)平蓋和筒體的最大一次薄膜應(yīng)力加彎曲應(yīng)力分別用1.5倍許用應(yīng)力進(jìn)行校核。對(duì)開矩形孔的圓平板結(jié)構(gòu)，采用等效內(nèi)切圓的設(shè)計(jì)方法能夠滿足開矩形孔圓平板主體部位的應(yīng)力強(qiáng)度要求，在矩形孔轉(zhuǎn)角處增加過渡圓角能夠顯著地減小孔邊的峰值應(yīng)力。 (3)應(yīng)用假想圓的設(shè)計(jì)方法，將矩形平板等效為圓平板進(jìn)