碟形封头在外压作用下的屈曲分析.pdf

设计计算碟形封头在外压作用下的屈曲分析范章,左树春(中核集团中国核电工程有限公司,北京100840)摘要:采用有服元法分析了碟形封头在外压作用下的屈曲间题。通过静力学分析观察碳形封头内部的应力分布情況以判断封头发生屈曲的位置,并使用 Newton- Raphson法和弧长法对封头进行非线性屈分析,追踪碟形封头发生屈曲失稳前后过程,获取其典型的结构特征。最后将稳定安全系数引入到有限元分析结果的处理中,从而得到可以在工程中应用的许用外压载荷。整个分析方法和结论对碟形封头的设计和校核具有实际的工程意义。关键词:磔形封头;外压失稳;屈曲;非线性;稳定安全系数中图分类号:TH122;TQ051.3文献标识码:A文章绵号:1001-4837(2014)01-0034-06doi:10.3969/j.issn.1001-4837.2014.01.006Buckling Analysis of Dished Head under External PressureFAN Zhang, ZUO Shu-ch(China Nuclear Power Engineering Co, Ltd. CNNC, Beijing 100840, ChinaAbstract: The buckling problem of dished head under external pressure was analyzed by using finite eement method. It could be preliminarily inferred where the buckling appeared by observing distributionstress in dished head. Also using Newton-raphson and Arc-length method on the nonilnear buckling analysis so as to trace the typical structural characteristics when the buckling instability happening. Finally, introduces the stability safety factor which be used in the data processing of the finite element analysisresult in order to obtain the permissive external pressure which can be applied in the project correctly. Theanalysis method and results have an important meaning for the design of dished headKey words dished head; instability; buckling nonlinear; stability safety factor计阶段有必要对容器各种可能的失效方式进行校0引言核计算,从而保证容器在运行过程中的安全性化工容器是广泛应用于化工、电站、石油等工在实际的工程应用中,经常会发生压力容器业领域的一种常见受压设备,同时也是一种比较破坏或失效的事故,其形式分为两种,一种是由于容易发生事故的特殊设备。由于化工容器的特殊强度不足发生的破坏;男一种是结构的失稳。性,一旦发生安全事故,不仅会导致容器本身遭到对于大型的薄壁压力容器而言,屈曲失稳是一种破坏,而且往往还会诱发一连串的恶性事故,从而重要的失效模式,容器一且发生失稳,其后果势必造成重大的社会经济损失。所以在化工容器的设是严重的。所以在容器的设计过程中,除了要考第31卷第1期応力容器总第254期虑强度问题外,失稳问题也成为容器设计阶段需限元分析软件对其进行二维有限元静力学分析,要分析的一种重要失效模式。以观察其内的应力分布。为比较筒体对封头的封头作为压力容器必不可少的重要组成部影响,根据表1分別建立单独封头模型和封头加分,其承受内压的情况,国内外已有较为完善的理筒休模型,其屮筒体直边段取筒体边缘效应衰减论成果。但是封头承受外压失稳的问题研究成果长度的1.2倍.较少,所以对容器封头进行稳定性分析有着极其分析时选用Iant182单元刘分网格,封头及重要的意义筒体的厚度方向刘分3层网格;约東封头(筒体端面位移,设置X轴为对称轴,并在封头和筒体1封头外压变形及应力分析的外表面施加1个单位的外压。施加外压前后结构变形的对比如图2所示,沿封头和筒体表面的压力容器的失稳是指当容器所承受的载荷超周向应力分布如图3所示。过某一临界值时突然失去原有几何形状的现象。不同形式的容器结构以及不同形式的载荷所引起的失稳后的几何形状是不同的“。对于碟形封DISPLACEMENT)CT222013STEP=109:05:00头,在均匀的外压作用下,封头中产生压縮薄膜应DMX=6.87954力,其大小与受相等内压时的拉伸薄膜应力相同当外压载衍増大到某一数值时,封头会突然失去原来的形状,被压扁或出现波状的褶皱,载荷卸去后也无法恢复原状,这种现象就是封头受外压载荷时的屈山或失稳喋形封头的结构由球壳、过渡段、凤筒部分组成。图1示出某外压容器碟形封头的剖面图,表1列出了该封头的主要尺小。封头材料的弹性模(a)时头型量2.0010,泊松比0.3。H.C:13201317:22:58DISI. MENPI(T NO.TTMDMX=7.00791D图1碟形封头及尺示意表1碟形封头的主要尺寸(b)封头+筒体模型参数图2封头变形对比图(虚线为施加外压前的封头形状尺/m22046(c40)2001206由图2可以看出,碟形封头在承受均匀外压的情况下,过渡段(环壳)向外側鼓胀,球壳和筒注;括号内的尺寸为参考尺寸。体部分向内侧瘪进。另外,从图3的分析中可知过波段的周向应力为拉应力,而球売和筒体部分根据碟形封头的轴对称特性,采用 ANSYS有的周向应力为压应力。由于结构在压应力才