基于有限元法的層板包扎容器應(yīng)力場數(shù)值模擬研究.pdf

1、層板包扎結(jié)構(gòu)作為承壓設(shè)備的一種，是高壓容器中常見的和通常被認(rèn)為是不會破壞的結(jié)構(gòu)形式，但目前已發(fā)生多起這類容器的災(zāi)難性事故，因此如何對尿塔的剩余壽命作出有效的評估就成為了目前迫切需要解決的問題。為了建立現(xiàn)實可行的層板包扎高壓容器的剩余壽命試驗評價技術(shù)和對其中缺陷進(jìn)行有效檢測的技術(shù)，青島科技大學(xué)和其他三個單位聯(lián)合申報了國家863項目“層板包扎高壓容器剩余壽命試驗評價技術(shù)”并獲得批準(zhǔn)。本文主要進(jìn)行層板包扎容器的應(yīng)力場、溫度場等的數(shù)值模擬分析，

2、為剩余壽命估算和評價提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。 考慮數(shù)值模擬時建模多、難度大，尤其是層板間隙時建立接觸對手工操作非常困難。本文以ANSYS為平臺，開發(fā)了層板包扎尿素合成塔有限元參數(shù)化分析程序，將建模、劃分網(wǎng)格、加載求解等各功能融入系統(tǒng)，通過輸入少量參數(shù)就能快速完成尿素合成塔有限元數(shù)值分析，大大減小了分析的工作量和難度。 利用開發(fā)的分析程序?qū)δ蛩M(jìn)行了詳細(xì)的有限元分析，并與實驗結(jié)果進(jìn)行了對比。結(jié)果表明，數(shù)值模擬和P.G.Pimshte

3、in計算出的應(yīng)力呈相同的單調(diào)下降的變化趨勢，數(shù)值吻和較好，而Lame公式的計算結(jié)果則偏離較大。隨著層板間隙的增大，不承受內(nèi)壓的外部層板不斷增多，承受內(nèi)壓的內(nèi)部層板發(fā)生破裂的可能性也越來越大。因為間隙的存在，多層板連接的環(huán)焊縫部位應(yīng)力場最為復(fù)雜，越靠近焊縫層板兩側(cè)拉、壓應(yīng)力越大，從而在層板間隙與深環(huán)焊縫相交的部位產(chǎn)生一個尖角，應(yīng)力集中最易發(fā)生的部位是層板間隙頂端的深環(huán)焊縫融合線處。分析也表明坡口角的變化對深環(huán)焊縫融合線應(yīng)力場的分布產(chǎn)生一定

4、的影響。因此，層板間隙、焊縫形式等對多層包扎尿塔應(yīng)力場的分布有很大影響。尿素合成塔應(yīng)變測試結(jié)果也表明，尿素合成塔層板之間存在間隙對尿素合成塔的應(yīng)力分布具有較大的影響，實測應(yīng)變值與理論值基本吻合較好。所以，在進(jìn)行多層包扎尿素合成塔設(shè)計時，應(yīng)考慮間隙的存在所引起的應(yīng)力集中對尿素合成塔整體強度的影響。 在對尿塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行線彈性數(shù)值模擬時，發(fā)現(xiàn)深環(huán)焊縫焊趾部位局部應(yīng)力已經(jīng)超出材料的屈服強度，因此對尿素合成塔進(jìn)行了彈塑性有限元分析，結(jié)果表明