基于有限元法的層板包扎容器應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬研究.pdf

1、層板包扎結(jié)構(gòu)作為承壓設(shè)備的一種，是高壓容器中常見(jiàn)的和通常被認(rèn)為是不會(huì)破壞的結(jié)構(gòu)形式，但目前已發(fā)生多起這類容器的災(zāi)難性事故，因此如何對(duì)尿塔的剩余壽命作出有效的評(píng)估就成為了目前迫切需要解決的問(wèn)題。為了建立現(xiàn)實(shí)可行的層板包扎高壓容器的剩余壽命試驗(yàn)評(píng)價(jià)技術(shù)和對(duì)其中缺陷進(jìn)行有效檢測(cè)的技術(shù)，青島科技大學(xué)和其他三個(gè)單位聯(lián)合申報(bào)了國(guó)家863項(xiàng)目“層板包扎高壓容器剩余壽命試驗(yàn)評(píng)價(jià)技術(shù)”并獲得批準(zhǔn)。本文主要進(jìn)行層板包扎容器的應(yīng)力場(chǎng)、溫度場(chǎng)等的數(shù)值模擬分析，

2、為剩余壽命估算和評(píng)價(jià)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。 考慮數(shù)值模擬時(shí)建模多、難度大，尤其是層板間隙時(shí)建立接觸對(duì)手工操作非常困難。本文以ANSYS為平臺(tái)，開(kāi)發(fā)了層板包扎尿素合成塔有限元參數(shù)化分析程序，將建模、劃分網(wǎng)格、加載求解等各功能融入系統(tǒng)，通過(guò)輸入少量參數(shù)就能快速完成尿素合成塔有限元數(shù)值分析，大大減小了分析的工作量和難度。 利用開(kāi)發(fā)的分析程序?qū)δ蛩M(jìn)行了詳細(xì)的有限元分析，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明，數(shù)值模擬和P.G.Pimshte

3、in計(jì)算出的應(yīng)力呈相同的單調(diào)下降的變化趨勢(shì)，數(shù)值吻和較好，而Lame公式的計(jì)算結(jié)果則偏離較大。隨著層板間隙的增大，不承受內(nèi)壓的外部層板不斷增多，承受內(nèi)壓的內(nèi)部層板發(fā)生破裂的可能性也越來(lái)越大。因?yàn)殚g隙的存在，多層板連接的環(huán)焊縫部位應(yīng)力場(chǎng)最為復(fù)雜，越靠近焊縫層板兩側(cè)拉、壓應(yīng)力越大，從而在層板間隙與深環(huán)焊縫相交的部位產(chǎn)生一個(gè)尖角，應(yīng)力集中最易發(fā)生的部位是層板間隙頂端的深環(huán)焊縫融合線處。分析也表明坡口角的變化對(duì)深環(huán)焊縫融合線應(yīng)力場(chǎng)的分布產(chǎn)生一定

4、的影響。因此，層板間隙、焊縫形式等對(duì)多層包扎尿塔應(yīng)力場(chǎng)的分布有很大影響。尿素合成塔應(yīng)變測(cè)試結(jié)果也表明，尿素合成塔層板之間存在間隙對(duì)尿素合成塔的應(yīng)力分布具有較大的影響，實(shí)測(cè)應(yīng)變值與理論值基本吻合較好。所以，在進(jìn)行多層包扎尿素合成塔設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮間隙的存在所引起的應(yīng)力集中對(duì)尿素合成塔整體強(qiáng)度的影響。 在對(duì)尿塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行線彈性數(shù)值模擬時(shí)，發(fā)現(xiàn)深環(huán)焊縫焊趾部位局部應(yīng)力已經(jīng)超出材料的屈服強(qiáng)度，因此對(duì)尿素合成塔進(jìn)行了彈塑性有限元分析，結(jié)果表明