正六边形负压桶强度和稳定性分析.pdf

第9期 35一 正六边形负压桶强度及稳定性分析 胡有亮，李勇，陈水莲 (北京化工大学机电工程学院，北京 100029) [摘 要]正六边形负压桶为非常规负压容器，壁厚仅2mm，采用矩形加强筋结构。在负压作用下，其失效形式主要为强度 失效和失稳失效。本文采用有限元分析设计方法，依据JB4732—1995 钢制压力容器一分析设计标准 (2005年确认)进行 强度分析和稳定性分析。结果表明，正六边形及矩形加强筋结构与圆筒结构相比，抗屈曲能力显著提高。尽管整体应力水 平因结构不连续也在显著提高，但仍处于相应的许用应力之下，满足强度要求。 [关键词]正六边形 负压桶；矩形加强筋；强度分析；稳定性分析 压力容器 由于机械或热载荷作用往往在整体 2mm，故采用矩形 或局部区域产生压应力，当压应力过大时则会引 加强筋结构，提高负 _一≥…_0 起结构整体或局部失稳 。压力容器的失稳是指当 压桶总体的强度、刚 一 ——— ■ … 一 容器承受的载荷超过某一临界值时突然失去原有 度和抗屈 曲能力。该 ，， 。 ＼_ 几何形状的现象…。在下列情况下通常需要考虑 容器天圆地方过渡结 一 一t 誊_1．÷ 号 一 容器的失稳：外压容器、带整体或局部夹套的容 构由正六边形过渡到 器、容器的支座体及支座支撑区、内压薄壁椭 圆 圆形，过渡段同时含 √ ÷ 封头或蝶形封头的过渡区、膨胀节、温差较大时 有 曲面和平面，设备 ? -_一-- 换热器的简体及管束、塔设备的塔体及裙座的背 总体结构较复杂。 ～ …一。。… …一 风侧、大型储罐的拱项等 。对这些结构进行稳定 该结构 的主要设 图 正六边形负压桶俯视图 性分析是十分必要的[2】。 计参数及材料基本属性如表l所示 。对 于该容器， 对 一些 常规 结构 如 圆筒、封 头等 ，在对 因其结构的特殊性，无法采用 图算法进行强度及 其进行稳定性分析计算 时，可采用常规设计标 稳定性计算 。但正多边形结构是圆筒形的一种近 准GB15O．2011 《压力容器》I3或分析设计标准 似替代 ，可 以适当借鉴 图算法计算圆筒的思路进 JB4732．1995 《钢制压力容器一分析设计标准》 行试算，确定结构的基本尺寸。本文采用有限元 (2005年确认)[4中的图算法进行设计计算。但对 方法，建立负压桶有限无模型，分别对其进行强 于一些非常规的压力容器，无法按照图算法进行 度及稳定性分析 。 计算，因此需要借助有限元分析辅助计算。 表1主要计算参数及材料基本属性 1正六边形负压桶 设计压力 (MPa) 一0．1 正 六 边 形 负 设计温度 (℃) lOO 压桶为非常规压力 腐蚀裕量 (Inm) O 容 器 ， 由两 部 分 材料 S3160