手機直線：
咨詢熱線：0571-56211150
壓力容器由于輸送燃料和制造工藝要求，通常在底上開人孔及輸送孔等。開孔后的底，因殼壁材料的削弱以及結構連續性的破壞，在開孔附近要產生一個顯著的高應力區。雖然該區域是局部的，但對底的承載能力卻有明顯的削弱作用。因此，大開孔的強度計算是壓力容器設計的一個關鍵。至今關于翻邊大開孔的有限元分析方法，國內外的資料不多。蘇聯利用鐵木生柯法蘭盤計算方法計算壓力容器底部人孔法蘭盤強度(即開孔強度)。后來有人利用開孔強度系數來計算翻邊開孔強度，還有的為簡化計算，把實際結構簡化成直角相交結構。為了進一步分析翻邊大開孔強度，以及分析上述計算方法及簡化的合理性，作了大量計算及試驗分析。
壓力容器球底翻邊開孔附近的幾何參數，見圖。為了計算翻邊開孔強度，首先要弄清開孔附近應力分布，這是開孔強度計算基礎。有限單元、廣義位移及位移函數選擇不少作者對旋轉殼采用截錐殼單元，當單元分得很多時，其精度較高。為了盡量縮短計算時間，單元不宜過多，使用截錐殼會引起較大誤差。為此，我們采用了曲殼單元，其外形與實際結構更為接近，則計算結果亦將更為精確。對曲殼單元，選定曲殼中面母線的切線方向與:軸的夾角為母線長S的二次函數根據克希霍夫假設，曲殼單元中任意點的位移用中面位移及其微分項表示，則可得到位移—系數矩陣。由此，便可求得由廣義位移直接表示應變和位移的矩陣。有了單元的應變、位移特性，材料特性和載荷情況之后，對N個單元求和，便可得總的聯立方程式。由于矩陣積分一般不能精確解出，必需用數值積分來實現。通過分析認為，在近似積分中使用辛甫生三點擂值法為好，化時少，且具有足夠精度。考慮到旋轉殼單元在無外載情況下可以有軸向平移。為此，對單元剛度矩陣系數采取了補充修正的技術，使結果能更好地滿足平衡條件。利用聯立方程組求解出位移后，便可進行單元中應力計算。為了分析開孔強度，進行了大量計算，典型的應力分布規律見圖。由圖可知，在開孔翻邊處，環向中面應力遠遠大于經向中面應力，而經向彎曲應力遠大于環向彎曲應力。為了驗證理論分析結果，作了大量試驗。試驗表明，理論計算與試驗結果比較符合，尤其是基準點A的應力，理論計算與試驗結果更為接近。
在翻邊開孔強度分析初期，我們按國內外傳統思想，尋找最大應力點的表面最大應力，以此作為翻邊開孔強度分析的基準，由于該應力很大，而且隨結構參數變化沒有一定的規律性，再者，有的試件表面最大應力比較接近，但破壞壓力相差很大。因此，無法使用最大應力點的表面最大應力來分析翻邊開孔強度。后來根據結構的實際特點，提出了三點新看法，較好的解決了翻邊開孔的強度計算。在分析及計算壓力容器強度時，通常首先尋找結構強度薄弱部位，它不但與應力大小有關，而且還與材料及其焊縫性能有關。因此，強度薄弱部位并不一定出現在最大應力部位，應當具體問題具體分析。但是目前一些理論書籍及雜志上，往往沒有注意這一點，簡單地認為最大應力部位即為結構強度薄弱部位。因此用大量精力去尋找最大應力點的最大應力。而實際結構的爆破口往往不出現在最大應力部位。這樣，必然導致理論分析與試驗結果存在較大差異。對壓力容器，只要存在焊縫，其破口一般出現在焊縫處，這已為大量試驗證實。因此，本研究提出了從結構的實際出發，尋找結構強度分析基準點的看法。由圖可知，翻邊開孔附近應力分布很不均勻，因此，很自然的提出了到底以哪一點作為開孔強度分析的基準點呢？國內外的大量資料均以最大應力點作為強度分析的基準點。可是，由于一般材料的焊縫金屬延伸率比基本金屬小，焊縫金屬的平均拉斷應變為基本金屬的80%，而LD10焊縫金屬平均拉斷應變僅為基本金屬50%。在受內壓時，翻邊圓弧附近的變形不會相差很大，因此從最大應變理論分析，翻邊開孔的破口應出現在焊縫處。所以，在進行裔邊大開孔強度分析時，以翻邊圓弧與理論法蘭管連接點A(該點在焊縫或焊縫熱影響區)作為強度分析的基準點。
專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
杭州那泰科技有限公司
本文出自杭州那泰科技有限公司www.yw15777.cn，轉載請注明出處和相關鏈接！