熱—機械耦合場作用下夾套式平蓋的應(yīng)力分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究.pdf

1、對于非標準壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計，不宜采用現(xiàn)有壓力容器設(shè)計標準進行規(guī)范設(shè)計，需要通過有限元分析設(shè)計方法對其進行詳細應(yīng)力分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計。分析設(shè)計的基礎(chǔ)是彈性應(yīng)力分析、塑性失效準則以及彈塑性失效準則，其對壓力容器材料選擇、制造過程、檢驗以及驗收規(guī)定比傳統(tǒng)規(guī)范設(shè)計更加嚴格。隨著計算機技術(shù)快速發(fā)展和數(shù)值理論日趨成熟，分析設(shè)計方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于壓力容器設(shè)計。本文通過有限元方法，基于理想彈塑性材料模型，重點研究了夾套式平蓋在機械載荷、熱載荷、熱-機械載荷

2、耦合作用下的力學性能。采用優(yōu)化設(shè)計方法對夾套式平蓋上、下面板厚度進行了合理設(shè)計，并基于應(yīng)力線性化技術(shù)，使用應(yīng)力分類法評估了結(jié)構(gòu)的可靠性，同時也對夾套式平蓋結(jié)構(gòu)的焊接殘余應(yīng)力進行了數(shù)值模擬與評定，為此類夾套結(jié)構(gòu)的設(shè)計和強度評定提供了一定參考。主要研究內(nèi)容包括：
　?、鸥鶕?jù)夾套式平蓋結(jié)構(gòu)特點，對模型進行了合理簡化，并分別采用全實體模型、全殼模型、多點約束(MPC)法建立了夾套式平蓋結(jié)構(gòu)的有限元模型，通過對比分析發(fā)現(xiàn)MPC法與全實體模型

3、計算的位移值接近，說明了MPC法具有計算精度高、節(jié)省計算時間的優(yōu)點。
　?、飘攰A套式平蓋承受機械載荷作用時，在其上、下面板總厚度保持為118 mm不變，且每層面板厚度不小于25 mm時，則無論上、下面板厚度如何分布，可以得到幾乎相近的位移量，否則面板大部分區(qū)域的應(yīng)力會達到材料屈服強度而發(fā)生大面積塑性變形，進而導致結(jié)構(gòu)位移顯著增加。研究了支撐形式和夾套結(jié)構(gòu)的空腔高度對夾套式平蓋結(jié)構(gòu)力學性能的影響，計算結(jié)果表明支撐形式對結(jié)構(gòu)的力學性能

4、有顯著影響，可以在位移和應(yīng)力較大區(qū)域增設(shè)工藝接管來起到增強作用;結(jié)構(gòu)的整體位移和應(yīng)力值都隨著空腔高度的增大而減小，增加空腔高度有利于提高結(jié)構(gòu)的力學性能，但會增加材料的用量，進而顯著增加制造成本。綜合考慮結(jié)構(gòu)換熱量、力學性能以及制造成本等因素，取空腔高度為202 mm。
　?、菍A套式平蓋結(jié)構(gòu)進行了熱載荷、熱-機械載荷耦合分析，模擬結(jié)果表明熱載荷對結(jié)構(gòu)位移有顯著影響;在熱-機械載荷耦合作用下，結(jié)構(gòu)的最大位移發(fā)生在夾套式平蓋中心位置，

5、最大等效應(yīng)力發(fā)生在面板與工藝接管連接區(qū)域。在上面板的上表面發(fā)生了大面積塑性變形，應(yīng)力值達到了材料屈服強度，符合理想彈塑性材料性能特征。
　?、葕A套式平蓋結(jié)構(gòu)上、下面板厚度分布對其力學性能有顯著影響，本文建立了其上、下面板厚度優(yōu)化的數(shù)學模型，并采用APDL語言編寫了相應(yīng)的優(yōu)化程序，得到了夾套式平蓋最佳面板厚度分布?；谧顑?yōu)化結(jié)構(gòu)，采用應(yīng)力線性化技術(shù)對危險截面上的應(yīng)力進行分類，并與相應(yīng)的許用應(yīng)力值進行比較，評定結(jié)果表明結(jié)構(gòu)滿足強度要求