立式低溫儲罐大開孔結(jié)構(gòu)合理化設(shè)計(jì)及有限元分析.pdf

1、本文對某帶有大開孔接管的立式低溫儲罐結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值分析。為消除對流傳熱，該立式低溫儲罐為中間真空的內(nèi)外筒結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度破壞和外壓失穩(wěn)是其主要失效模式，同時(shí)由于工藝需要，在內(nèi)外筒頂部設(shè)有大開孔，并連接也為雙層結(jié)構(gòu)的大接管，同時(shí)內(nèi)外筒體頂部均有加強(qiáng)筋加強(qiáng)。由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般的常規(guī)計(jì)算不能做到精細(xì)設(shè)計(jì)。本文應(yīng)用ANSYS軟件，建立不同開孔結(jié)構(gòu)的立式低溫儲罐有限元模型，進(jìn)行內(nèi)壓強(qiáng)度計(jì)算和外壓穩(wěn)定性分析;在不同的開孔結(jié)構(gòu)情況下，研究加強(qiáng)筋對大開孔結(jié)構(gòu)的

2、加強(qiáng)效果，并依據(jù)JB4732-1995《鋼制壓力容器—分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行強(qiáng)度評定。主要工作和結(jié)論如下:
　　(1)當(dāng)大開孔偏心布置且無補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)時(shí)，在大開孔連接區(qū)域產(chǎn)生了很大的應(yīng)力集中，強(qiáng)度評定表明，該局部應(yīng)力遠(yuǎn)大于允許應(yīng)力值。同時(shí)，內(nèi)簡體有明顯的向開孔側(cè)偏移，這是由于偏心大開孔結(jié)構(gòu)的存在，破壞了罐體軸對稱性和壓力平衡。
　　(2)當(dāng)大開孔偏心布置且封頭上采用筋板補(bǔ)強(qiáng)時(shí)，設(shè)備上總體應(yīng)力強(qiáng)度和總體位移都顯著減小，說明加強(qiáng)筋對大開

3、孔結(jié)構(gòu)有較大的補(bǔ)強(qiáng)作用。然而分類后的大接管連接處局部應(yīng)力仍無法滿足JB4732-1995《鋼制壓力容器—分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中的強(qiáng)度要求，而且對筋板結(jié)構(gòu)的厚度、高度、內(nèi)徑和筋板圈數(shù)等進(jìn)行調(diào)整后仍然如此。原因是大開孔偏置時(shí)，開孔導(dǎo)致的連接處高應(yīng)力區(qū)域與封頭邊緣高應(yīng)力區(qū)域重疊，產(chǎn)生了很大的局部應(yīng)力，并且該重疊區(qū)域范圍較小，無法進(jìn)行有效補(bǔ)強(qiáng)。此外，大開孔偏心設(shè)置破壞了結(jié)構(gòu)對稱性，結(jié)果在夾套抽真空后，內(nèi)簡體向開孔側(cè)偏移，進(jìn)一步提升了應(yīng)力接管連接部位的

4、局部應(yīng)力。
　　(3)大開孔接管偏心布置，雖然方便操作，但局部應(yīng)力無法滿足強(qiáng)度要求，為此，在保證安全的要求下，改變大開孔位置，將其位于設(shè)備中心布置，此時(shí)，再設(shè)置合適的加強(qiáng)筋，整個(gè)罐體滿足了JB4732-1995《鋼制壓力容器—分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中的強(qiáng)度要求。這是雙層大開孔接管的立式低溫儲罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所應(yīng)該考慮的。
　　(4)論文還對中心大開孔結(jié)構(gòu)的外簡體進(jìn)行了穩(wěn)定性分析，包括常規(guī)計(jì)算以及特征值屈曲數(shù)值分析，得到了許用外壓載荷，評定