压力容器开孔接管区应力强度评定.pdf

第40卷 第 7期 化 工 技 术 与 开 发 Vo1．40 No．7 2011年 7月 Technology DevelopmentofChemicalIndustry Ju1．2011 压力容器开孔接管区的应力强度评定 秦富友 ．杜四宏 (1．河南省化工压力容器检测中心站，河南 郑州 450000；2．中国核电工程有限公司郑州分公司，河南 郑州 450052) 摘 要：通过 Ansys对压力容器开孔接管区进行了有限元应力分析 ，得到了其受力特性和应力分布规律 ， 并对其进行了应力强度评定。 关键词 ：压力容器；接管；有限元分析 ；强度评定 中图分类号 ：TH49 文献标识码：A 文章编号 ：1671．9905(2011)07．0052．03 在核工业、石油化工、轻工 、电厂、化学化工、 有限单元法的基本思路是将连续体离散为 制药等工业生产 中广泛使用的压力容器 ，由于各 有限个单元的组合体，以单元节点的参量为基本 种工艺和结构上的要求 ．常常需要在其上开孔并 未知量 ，单元内的相应参量用单元节点上的数值 安装接管。不断出现的一些接管破坏导致容器失 插值 ．将一个连续体的无限自由度 问题变为有限 效的事故 ．引起了工程和科学研究人员的广泛重 自由度的问题 ，再利用整体分析求出未知量。显 视 ]。由于几何形状及尺寸的突变 ，受内压壳体 然 ，随着单元数量的增加 ，解的近似程度将不断 与接管连接处附近的局部范围内会产生较高的 改进，如单元满足收敛要求 ，近似解也最终收敛 不连续应力 ．引起开孔附近区域应力集 中，在容 于精确解。ANSYS软件是集机械制造 、能源、汽车 器上造成局部高应力 。从而严重影响容器的整体 交通、国防军工 、电子 、土木工程等一般工业和科 承载能力．该部位很有可能成为设备的破坏源，因 学结构、热、流体、电磁和声学于一体的大型通用 此对开孔接管部位做详细的应力分析和强度评定 有限元分析软件 ，可广泛应用于核工业 、铁道、石 是确保压力容器安全运行必不可少的内容。 油化工、航空航天的研究。ANSYS软件拥有丰富 容器开孔接管区的应力状况非常复杂 ，这是 和完善的单元库、材料模型库和求解器 ，在合理 因为一方面开孔破坏了壳体材料的连续性 ．削弱 的边界条件下可获得问题的精确求解。 了原有的承载面积 ．在开孔边缘附近必定会造成 为了揭示压力容器开孔接管区的受力特性 应力集中：另一方面接管的存在使开孔接管区成 和应力分布规律 ，本文建立了压力容器开孔接管 为总体结构不连续区，壳体与接管在内压作用下 的有限元分析模型。并对其进行了有限元分析计 自由变形不一致 ，在变形协调过程中将产生边缘 算和应力强度评定。工程实践表明。其分析过程 应力 。同时，接管与壳体是通过焊缝连接在一起 和计算结果可为试验和生产提供参考和依据。 的，焊缝的结构尺寸如焊缝高度 、过渡圆角等会 1 模型的有限元分析 造成局部结构不连续 ，形成局部不连续应力。因 此 ．对这类应力的求解是相当复杂的，工程上常 1．1 问题描述 采用应力集中系数法 、数值解法 、实验测试法和 压力容器筒体 内径 Di=2000mm，壁厚 = 经验公式来计算局部应力E3]。应力数值计算的方 30ram，接管外径 do=530mm，壁厚 t．=15mm，压力 法比较多，如差