壓力容器綜合應(yīng)力的數(shù)值分析

1、精選文檔精選文檔PAGEPAGE4精選文檔PAGE壓力容器綜合應(yīng)力的數(shù)值剖析綱要:本文使用ABAQUS軟件成立某壓力容器的二維軸對(duì)稱數(shù)值計(jì)算模型,采納熱-構(gòu)造序貫耦合剖析方法對(duì)其內(nèi)壓和溫差惹起的應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算,獲取了容器綜合應(yīng)力的散布規(guī)律,為其安全設(shè)計(jì)供給依照。重點(diǎn)詞:壓力容器熱力序貫耦合方法綜合應(yīng)力中圖分類號(hào):G6文件表記碼:A文章編號(hào):1672-3791(2011)08(b)-0019-02JB-4732標(biāo)準(zhǔn)1中對(duì)壓力容器剖析設(shè)計(jì)作了詳盡的規(guī)定,但對(duì)由內(nèi)壓和溫差惹起的綜合應(yīng)力剖析未作太多的說(shuō)明。隨著計(jì)算機(jī)硬件的迅猛發(fā)展和數(shù)值算法的不停完美,有限元方法在航空航天、交通、鐵路、電子電氣等工程領(lǐng)域

2、獲取了廣泛的應(yīng)用。本文采納有限元技術(shù)第一對(duì)壓力容器在內(nèi)壓獨(dú)自作用下的應(yīng)力進(jìn)行了剖析,其次對(duì)其在內(nèi)外壁溫差惹起的熱應(yīng)力進(jìn)行了剖析,最后在內(nèi)壓和溫度載荷結(jié)合作用下的綜合應(yīng)力進(jìn)行了剖析,結(jié)果為壓力容器的安全設(shè)計(jì)供給了科學(xué)的依照。有限元模型的成立某壓力容器筒身為圓柱形,封頭為橢圓形,內(nèi)徑為3000mm,壁厚為30mm,其余尺寸見(jiàn)圖1。依照?qǐng)D1利用ABAQUS軟件成立全尺寸的2D軸對(duì)稱幾何模型,對(duì)其區(qū)分網(wǎng)格,如圖1、圖2所示。爐體溫度場(chǎng)計(jì)算模型中,單元種類二階傳熱剖析單元。爐體構(gòu)造場(chǎng)計(jì)算模型中,單元種類為二階軸對(duì)稱應(yīng)力剖析單元。筒身和封頭資料為13MnNiMoR,熱力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。計(jì)算中采納彈塑性資料模

3、型,相應(yīng)參數(shù)設(shè)置參照表1。1.1界限條件溫度場(chǎng)計(jì)算模型設(shè)置溫度界限條件,本文考慮內(nèi)外壁溫差分別為50和100兩種工況,分別記為工況1和工況2。工況1:內(nèi)壁溫度為250,外壁溫度為300;工況2:內(nèi)壁溫度為250,外壁溫度為350。在筒身中央500mm地區(qū)施加軸向位移拘束界限條件,模擬容器懸掛拘束。1.2施加載荷在容器內(nèi)壁施加4MPa的壓力載荷,在整個(gè)模型上施加重力以及溫度載荷,此中溫度載荷為溫度場(chǎng)的計(jì)算結(jié)果。模擬結(jié)果及剖析2.1壓力獨(dú)自作用為了考證計(jì)算模型的正確性,剖析容器獨(dú)自在內(nèi)壓作用下的應(yīng)力散布。圖3出示了筒身某一段的三向應(yīng)力散布。從圖3(a)可知,筒身內(nèi)外壁的周向應(yīng)力分別為202MPa和

4、197.7MPa,經(jīng)過(guò)分析解獲取筒身內(nèi)外壁的周向應(yīng)力分別為202.01MPa和198.02MPa,二者特別符合。從圖3(b)、(c)可知,筒身的均勻軸向應(yīng)力約99MPa,徑向應(yīng)力很小約為4MPa,與分析結(jié)果很靠近。所以文中成立的有限元模型合理靠譜。圖4出示了筒身與封頭接頭地區(qū)的應(yīng)力散布。從圖4可看出,接頭處的最大等效應(yīng)力為399.8MPa,剛超出折服強(qiáng)度,因?yàn)樵摰貐^(qū)為構(gòu)造不連續(xù)地區(qū),會(huì)產(chǎn)生二次應(yīng)力,仍未達(dá)到損壞強(qiáng)度,所以該容器是安全的。(如圖3圖6）2.2溫度載荷獨(dú)自作用依照工況1和工況2計(jì)算容器的溫度散布,如圖5和圖6所示。從圖中可知,溫度沿徑向按對(duì)數(shù)衰減,切合傅里葉定律。圖7(a)和(b)

5、分別給出兩種工況下筒身的周向應(yīng)力散布。從圖中可知,內(nèi)壁加熱時(shí),內(nèi)壁的周向應(yīng)力分別為95.2MPa和190.2MPa,受壓縮;外壁的周向應(yīng)力分別為93.6MPa和189MPa,受拉伸。因?yàn)楣r2的內(nèi)外壁溫差是工況1的2倍,所以由工況2獲取的應(yīng)力約為工況1的2倍。并且由溫差產(chǎn)生的應(yīng)力與內(nèi)壓產(chǎn)生的應(yīng)力在同一數(shù)目級(jí)。（如圖7、圖8）2.3內(nèi)壓和溫度結(jié)合作用圖8出示兩種工況下,內(nèi)壓和溫度結(jié)合作用下筒身某一段的周向綜合應(yīng)力散布。從圖中能夠看出,內(nèi)壁加熱時(shí),內(nèi)壁的周向綜合應(yīng)力分別為104.7MPa和5.1MPa,受拉伸;外壁的周向綜合應(yīng)力分別為294MPa和392.3MPa,受拉伸。與容器獨(dú)自在內(nèi)壓作用下的周向應(yīng)力對(duì)比,內(nèi)壁加熱時(shí),內(nèi)壁的應(yīng)力獲取改良,外壁的應(yīng)力惡化。圖9出示了筒身與封頭接頭地區(qū)在兩種工況下的等效應(yīng)力散布。從圖9可看出,接頭處的最大等效應(yīng)力在兩種工況下的最大等效應(yīng)力分別為355.2MPa和368.3,都超出了相應(yīng)溫度下的折服強(qiáng)度,因?yàn)樵摰貐^(qū)為構(gòu)造不連續(xù)地區(qū),會(huì)產(chǎn)生二次應(yīng)力,仍未達(dá)到損壞強(qiáng)度,所以該容器的強(qiáng)度也是安全的。（如圖9)結(jié)論和議論經(jīng)過(guò)壓力容器溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算,獲取以下結(jié)論。(1)容器的溫度散布沿徑向按對(duì)數(shù)衰減,切合傅里葉定