外壓錐殼有限元模擬研究.pdf

1、錐殼是壓力容器必不可少的元件，保證錐殼安全可靠的運行是極其重要的。工程設(shè)計時通常將錐殼當(dāng)量成圓筒來處理，ASMEⅧ-1、ASMEⅧ-2及EN13445-3采用了不同的當(dāng)量規(guī)則。由于錐殼大端和小端幾何不對稱，加強圈的設(shè)置不如圓筒殼體來得直觀，目前各國壓力容器標(biāo)準(zhǔn)還沒有明確給出錐殼加強圈最佳位置設(shè)置的規(guī)定。工程計算時，圓筒的有效加強寬度計算通常是殼體兩側(cè)各取0.55√Dt，目前各國壓力容器標(biāo)準(zhǔn)還沒有明確給出錐殼上加強圈有效加強范圍的相關(guān)規(guī)定

2、。各標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于筒-錐結(jié)構(gòu)外壓計算長度的規(guī)則存在差異，ASMEⅧ-1標(biāo)準(zhǔn)中筒-錐不連續(xù)處的最小加強面積計算方法來源Farr理論，并沒有考慮錐殼可能起到的加強作用，而EN13445-3則將α≥30°的筒-錐結(jié)構(gòu)不連續(xù)處作支撐線處理?，F(xiàn)有壓力容器常規(guī)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)于外壓錐殼設(shè)計是理論推導(dǎo)而得或經(jīng)驗公式，隨著數(shù)值模擬技術(shù)的快速發(fā)展，很多學(xué)者采用有限元等數(shù)值模擬技術(shù)對外壓錐殼穩(wěn)定性問題進(jìn)行研究。
　　本文采用有限元模擬計算，對外壓錐殼、外壓筒-

3、錐結(jié)構(gòu)工程設(shè)計所涉及的部分問題展開討論與研究，主要工作和成果如下:
　　1.對比分析GB150、ASMEⅧ-1、ASMEⅧ-2和EN13445-3標(biāo)準(zhǔn)中外壓錐殼的當(dāng)量規(guī)則，綜合外壓錐殼、筒-錐結(jié)構(gòu)設(shè)計方法的理論來源并分析各個標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于外壓錐殼、外壓筒-錐結(jié)構(gòu)設(shè)計的異同點。
　　2.采用有限元方法對外壓錐殼等效方法及錐殼上加強圈有效加強范圍進(jìn)行模擬計算。有限元模擬得到關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ與錐形比λ、半錐角α及邊界條件之間的關(guān)系。有限元模擬

4、結(jié)果表明錐殼上加強圈兩側(cè)的應(yīng)力變化程度不一，考慮工程計算的簡便性，兩側(cè)的有效加強寬度均取0.55√Dt/cosα是合理可行的。
　　3.采用有限元模擬計算分析，結(jié)合當(dāng)量方法和等效方法的分析，研究外壓錐殼加強圈最佳位置工程計算問題?；诋?dāng)量方法思想，得到一種加強圈最佳位置的簡便計算方法。分析結(jié)果表明:加強圈最佳支撐位置k值與錐形比λ有關(guān)，隨錐形比λ增大，最佳支撐位置k（或k1和k2值）也增大。采用當(dāng)量方法、等效方法與有限元特征值法求

5、得的最佳支撐位置k值相差并不大，等效方法與有限元模擬所得結(jié)果較接近。
　　4.討論ASMEⅧ-1和EN13445-3標(biāo)準(zhǔn)中筒-錐結(jié)構(gòu)的外壓計算長度，提出一種合理可行的當(dāng)量方法，改進(jìn)了筒-錐結(jié)構(gòu)的外壓計算長度。有限元模擬計算表明:α≥30°時，筒-錐不連續(xù)處作支撐線處理是合理可行的，對于有折邊過渡段的，支撐線取折邊段的小端是保守可行的;α＜30°時，筒-錐結(jié)構(gòu)外壓計算長度取L=Lcyl+Le是保守可行的。
　　本文針對外壓錐殼