熱—機(jī)械耦合場(chǎng)作用下夾套式平蓋的應(yīng)力分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不宜采用現(xiàn)有壓力容器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范設(shè)計(jì)，需要通過有限元分析設(shè)計(jì)方法對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)應(yīng)力分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。分析設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是彈性應(yīng)力分析、塑性失效準(zhǔn)則以及彈塑性失效準(zhǔn)則，其對(duì)壓力容器材料選擇、制造過程、檢驗(yàn)以及驗(yàn)收規(guī)定比傳統(tǒng)規(guī)范設(shè)計(jì)更加嚴(yán)格。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展和數(shù)值理論日趨成熟，分析設(shè)計(jì)方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于壓力容器設(shè)計(jì)。本文通過有限元方法，基于理想彈塑性材料模型，重點(diǎn)研究了夾套式平蓋在機(jī)械載荷、熱載荷、熱-機(jī)械載荷

2、耦合作用下的力學(xué)性能。采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法對(duì)夾套式平蓋上、下面板厚度進(jìn)行了合理設(shè)計(jì)，并基于應(yīng)力線性化技術(shù)，使用應(yīng)力分類法評(píng)估了結(jié)構(gòu)的可靠性，同時(shí)也對(duì)夾套式平蓋結(jié)構(gòu)的焊接殘余應(yīng)力進(jìn)行了數(shù)值模擬與評(píng)定，為此類夾套結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和強(qiáng)度評(píng)定提供了一定參考。主要研究?jī)?nèi)容包括：
　　⑴根據(jù)夾套式平蓋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)模型進(jìn)行了合理簡(jiǎn)化，并分別采用全實(shí)體模型、全殼模型、多點(diǎn)約束(MPC)法建立了夾套式平蓋結(jié)構(gòu)的有限元模型，通過對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)MPC法與全實(shí)體模型

3、計(jì)算的位移值接近，說(shuō)明了MPC法具有計(jì)算精度高、節(jié)省計(jì)算時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)。
　?、飘?dāng)夾套式平蓋承受機(jī)械載荷作用時(shí)，在其上、下面板總厚度保持為118 mm不變，且每層面板厚度不小于25 mm時(shí)，則無(wú)論上、下面板厚度如何分布，可以得到幾乎相近的位移量，否則面板大部分區(qū)域的應(yīng)力會(huì)達(dá)到材料屈服強(qiáng)度而發(fā)生大面積塑性變形，進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)位移顯著增加。研究了支撐形式和夾套結(jié)構(gòu)的空腔高度對(duì)夾套式平蓋結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響，計(jì)算結(jié)果表明支撐形式對(duì)結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能

4、有顯著影響，可以在位移和應(yīng)力較大區(qū)域增設(shè)工藝接管來(lái)起到增強(qiáng)作用;結(jié)構(gòu)的整體位移和應(yīng)力值都隨著空腔高度的增大而減小，增加空腔高度有利于提高結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，但會(huì)增加材料的用量，進(jìn)而顯著增加制造成本。綜合考慮結(jié)構(gòu)換熱量、力學(xué)性能以及制造成本等因素，取空腔高度為202 mm。
　?、菍?duì)夾套式平蓋結(jié)構(gòu)進(jìn)行了熱載荷、熱-機(jī)械載荷耦合分析，模擬結(jié)果表明熱載荷對(duì)結(jié)構(gòu)位移有顯著影響;在熱-機(jī)械載荷耦合作用下，結(jié)構(gòu)的最大位移發(fā)生在夾套式平蓋中心位置，

5、最大等效應(yīng)力發(fā)生在面板與工藝接管連接區(qū)域。在上面板的上表面發(fā)生了大面積塑性變形，應(yīng)力值達(dá)到了材料屈服強(qiáng)度，符合理想彈塑性材料性能特征。
　　⑷夾套式平蓋結(jié)構(gòu)上、下面板厚度分布對(duì)其力學(xué)性能有顯著影響，本文建立了其上、下面板厚度優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型，并采用APDL語(yǔ)言編寫了相應(yīng)的優(yōu)化程序，得到了夾套式平蓋最佳面板厚度分布。基于最優(yōu)化結(jié)構(gòu)，采用應(yīng)力線性化技術(shù)對(duì)危險(xiǎn)截面上的應(yīng)力進(jìn)行分類，并與相應(yīng)的許用應(yīng)力值進(jìn)行比較，評(píng)定結(jié)果表明結(jié)構(gòu)滿足強(qiáng)度要求