基于ANSYSApp的椭圆形封头压力容器的力学综合分

?必威动态 ????|???? ?2019-08-04 11:23


  椭圆形封头是以+椭圆曲线作为母线绕回转轴旋转i周形成的。因其受力较好,制造较易,与圆柱壳相连广泛(extensive)地应用于中低压容器。实际容器都是由2种或2种以上不同形状、厚度或材料的壳体组合而成。在外加载荷作用下,使得毗邻壳体连接处的薄膜变形不相同,因此在该处就发生了局部弯曲以保持器壁的连续(Continuity)性,并在这些部位上发生较高数值的附加应力。这种现象称为边缘效应或不连续效应,由其产生的附加应力,称为二次应力或不连续应力111.因过高的不连续应力使材料对缺陷十分敏感(感觉敏锐),可能导致容器的疲劳失效或脆性破坏121,所以有必要对椭圆封头与圆柱壳相连的压力容器进行力学综合分析。
  1*次应力1.1一次应力的定义一次应力是由载荷直接引起的力。它们的产生都是为了抵抗外力对构件的破坏,它们都随外载的增加而增大直至构件破裂为止。1.2椭圆封头的一次应力对于如所示的椭圆封头,其一次应力可表示为1.3圆柱壳体的一次应力对于如所示的圆柱壳体,其一次应力可表示为圆柱壳体示意图椭圆封头与圆柱壳的连接边缘力2二次应力2.1二次应力的定义二次应力是由于相互连接的2个部分各自所欲发生的变形受到对方的限制而引起的力,如所示。这种力不是由外载荷直接引起的,或者说不是为平衡外载荷而产生的八dw综合应力边缘处的综合应力等于一次应力与二次应力的代数和,即通过以上分析可知,当采用有力矩理论分析椭圆形(由圆形变成的长圆形)封头与圆柱壳相连时的综合应力时,其计算公式相当复杂,只能计算其特殊点的应力值。然而,采用AN-SYS有限元法可以方便快捷的模拟椭圆形封头与圆柱壳相连时的综合应力。
  4基于ANSYS的椭圆形封头压力容器力学综合分析(Analyse)ANSYSApp是一种求解复杂工程(Engineering)结构的非常有效的分析App,是将所研究(research)的工程系统转化成一个结构近似的有限元系统,以取代原有的工程系统。由于单元形状简单,易于由平衡关系或能量关系建立节点量之间的方程式,然后将各个单元方程装配“在一起而形成总体代数方程组,加入边界条件、约束条件和外力负载后即可对方程组求解,得到该有限元系统的解答,并通过节点、单元表现出来。
  在众多的CAEApp中,ANSYS是目前国际上最流行的有限元分析App,它是第一个通过ISO9001质量认证的大型分析设计类App,是美国机械工程师协会、美国核安全局及近20种专业技术协会认证的标准分析App。在国内第一个通过了中国压力容器标准化技术委员会的认证并在国务院17个部委推广使用。
  由于结构满足对称性,所以可以只选取对称轴一侧进行分析,建立如的有限元模型,圆柱壳内径R=200mm,椭圆封头与圆柱壳为等厚连接,厚度t=6mm,椭圆形封头为标准椭圆形封头。分气缸锅炉的主要配套设备,用于把锅炉运行时所产生的蒸汽分配到各路管道中去,分汽缸系承压设备,属压力容器,其承压能力,容量应与配套锅炉相对应。分汽缸主要受压元件为:封头,壳体材料等。选择单元类型为Quad8node82,设置材料(Material)属性令EX= 3.为提高计算结果的精度,进行网格划分以后,再选择3倍放大对网格进一步细化。施加均匀压力载荷P=1.0MPa进行求解。结果显示,可以得到的变形图。提取数据,可以得到4圆柱壳体的二次应力对于如所示的圆柱壳体,其二次应力可表示为丨5以椭圆壳顶点为坐标零点沿着椭圆形封头与筒体外表面的综合应力分布曲线。
  在分析边缘区的应力集中状态时,可以用应力集中系数K来描述(description)。一般把K定义为综合周向应力或综合经向应力与筒体一次周向应力之比,即:周向应力集向应力集中系数按上述定有限元模型示意图变形图椭圆形封头与筒体外表面的综合应力分布曲线义,可将封头和筒体任一点的应力状态用应力集中系数K来表示。边缘区的应力集中越大则K值越大。由于不连续应力有局部性,故曲线趋于平坦的部分显示的就是一次应力的值,即e,s=33.33MPa.因此,根据便可以得到周向应力集中系数和经向应力集中系数分布。
  5结论通过应用ANSYS有限元法对椭圆形封头与圆柱壳相连的压力容器进行综合应力分析,得出以下结论:采用有力矩理论对椭圆形封头与圆柱壳相连的压力容器进行综合应力分析时,解析解公式复杂,只能求解特殊点的综合应力。而ANSYS有限元法方便快捷(义:快速敏捷),并且可以模拟各点的应力状况。
  由可知,对于椭圆形封头,最大的薄膜应力为经向应力W=35.311MPa,位于壳体顶点不远处。传统的压力容器的设计依据为薄膜应力的理论值,即:椭圆形封头的计算厚度取为与其连接的圆筒计算厚度的K倍,对于标准椭圆形封头,K=1.笔者认为这是不对的,应以  由可知,最大综合应力为周向应力0 =36MPa,且不是位于封头与筒体连接处,位于筒体上距连接处50mm处。
  由可知,最大的应力集中系数为Ke =1.1,而在二次应力作用范围内,应力集中系数绝大部分小于1.即二次应力不但没有使边缘处的应力恶化,反而对其有一定程度的改善。分气缸锅炉的主要配套设备,用于把锅炉运行时所产生的蒸汽分配到各路管道中去,分汽缸系承压设备,属压力容器,其承压能力,容量应与配套锅炉相对应。分汽缸主要受压元件为:封头,壳体材料等。储气罐专门用来储存气体的设备,同时起稳定系统压力的作用,根据储气罐的承受压力不同可以分为高压储气罐,低压储气罐,常压储气罐。