帶加強(qiáng)圈外壓圓筒的穩(wěn)定性模擬研究.pdf

1、加強(qiáng)圈可顯著提高外壓容器的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，從而提高外壓容器的承載能力，減小容器壁厚。就帶加強(qiáng)圈外壓圓筒的設(shè)計(jì)，我國(guó)壓力容器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)GB150-2011《壓力容器》和JB4732-1995《鋼制壓力容器—分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》只給出一種加強(qiáng)圈的設(shè)計(jì)方法（即大加強(qiáng)圈的設(shè)計(jì)方法），而現(xiàn)行的ASMEⅧ-2《壓力容器建造另一規(guī)則》和EN13445《非直接接觸火焰壓力容器》則給出了大、小加強(qiáng)圈的設(shè)計(jì)方法。采用大、小加強(qiáng)圈的組合可以降低小加強(qiáng)圈間中斷尺寸

2、，進(jìn)一步減輕結(jié)構(gòu)重量，比我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)先進(jìn)。
　　現(xiàn)行ASMEⅧ-2《壓力容器建造另一規(guī)則》、API BULLETIN2U《圓柱殼穩(wěn)定設(shè)計(jì)公報(bào)》以及EN13445《非直接接觸火焰壓力容器》中，對(duì)帶加強(qiáng)圈外壓圓筒的設(shè)計(jì)思路有所不同，它們的安全裕度（實(shí)際臨界壓力與標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算得到的最大許用壓力的比值）也各不相同，本文分析了這些標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)方法的異同點(diǎn)，并與文獻(xiàn)中實(shí)驗(yàn)值對(duì)比，計(jì)算分析了各標(biāo)準(zhǔn)的安全裕度。結(jié)果表明:EN13445的安全裕度平均值最小，A

3、SMEⅧ-2的安全裕度平均值次之，API BULLETIN2U的安全裕度平均值最大。
　　就帶加強(qiáng)圈外壓圓筒，數(shù)值模擬分析是近年來(lái)出現(xiàn)的新的設(shè)計(jì)方法。本文引入簡(jiǎn)化傅里葉級(jí)數(shù)法來(lái)描述圓筒初始幾何偏差，采用雙非線性模擬。模擬結(jié)果表明:簡(jiǎn)化傅里葉級(jí)數(shù)法模擬得到的臨界壓力與文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)值吻合，它們比值的平均值為1.080。而采用ANSYS軟件自帶的一致缺陷模態(tài)法，其模擬的得到的臨界壓力與實(shí)驗(yàn)值比值的平均值為0.714?？梢?jiàn)，本文引入的簡(jiǎn)化傅里

4、葉級(jí)數(shù)法是一種較為準(zhǔn)確的方法。
　　實(shí)際工程中，存在不等距小加強(qiáng)圈和多級(jí)加強(qiáng)圈情況，這些情況的設(shè)計(jì)方法在標(biāo)準(zhǔn)中欠明確。為此，針對(duì)不等距小加強(qiáng)圈問(wèn)題，本文討論了在小加強(qiáng)圈間筒體壁厚相等時(shí)，加強(qiáng)圈尺寸不同的情況，給出了公式設(shè)計(jì)方法，并用有限元模擬進(jìn)行論證。針對(duì)多級(jí)加強(qiáng)圈問(wèn)題，本文給出了三級(jí)（大中?。┘訌?qiáng)圈的設(shè)計(jì)方法，在兩級(jí)（大?。┘訌?qiáng)圈基礎(chǔ)上，再增加一級(jí)加強(qiáng)圈，能減小加強(qiáng)圈間簡(jiǎn)體長(zhǎng)度，從而顯著提高簡(jiǎn)體臨界失穩(wěn)壓力。通過(guò)與簡(jiǎn)化傅里葉級(jí)數(shù)