低温液体罐车外壳加强圈削边后的稳定性计算.pdf

设计计算
低温液体罐车外壳加强圈削边后的
稳定性计算
邱婷,钱才富
(北京化工大学机电工程学院,北京10009)
摘要:低温液体罐车的外壳(也即外筒体)为真空容器,外设多个加强圈以增强其抗失稳能力,但
为了提高装載量并且不突破罐车的宽度限制,往往对加强困两侧进行削边处理。由于削边后结构
不规则,无法再按照CB150-2011《压力容器》进行失稳临界压力或许用外压计算。为此,提出了
加强圈刚度削弱系数的概念,并在有限元分析的基础上,拟合出了加强圈刚度削弱系数表达式。有
了该系数,就可以在按照CB150-2011进行常规设计的基础上,解决低温液体罐车外壳加强圈削
边后的失稳临界压力计算问题。
关键词:低温液体罐车外壳;加强圈;临界压力;常规设计
中图分类号:TH49;TYH123;0241.82文献标志码:A文章编号:1001-4837(2014)11-0032-07
doi:10.3969/j.isn.1001-4837.2014.1.005
Stability Calculation of Outerjacket of Road Tankers for
Cryogenic Liquid with Reinforcement Rings Partly Cut
f
QIU Ting, QIAN Cai-fu
(College of Mechanical and Electrical Engineering, Beijing University of Chemical Technology, Beijing
100029, China)
Abstract The outer jacket of road tankers for cryogenic liquid is a vacuum pressure vessel. Multiple rein-
forcement rings are required to enhance its capability of anti -instability. However, in order to increase
the geometrical volume of the inner vessel without exceeding the width limitation on the vehicle, the rein.
forcement rings are usually cut-off on both sides of the jacket. Thus, the reinforcement rings are no lon
ger regular in structure and the code of GB 150-201I can not be directly applied to calculate the critical
pressure or the allowable outside pressure. A so-called stiffness weakening coefficient of the reinf
ment ring is defined and expressed based on the numerical calculations of the critical pressure of the outer
acket with the reinforcement rings partly cut-off. With the stiffness weakening coefficient, the stability o
the outer jacket with partly cut-off reinforeement rings may be calculated according to GB 150-2011
and thus, the design of the road tankers for cryogenic liquid can be greatly simplified
Key words: outer jacket of road tankers for cryogenic liquid; reinforcement ring; critical pressure; design
y rules
基金项目:国家科技支撑计划项目(2012BAE34FO4)
第31卷第11期
压力容器
总第264期
特征值法优选加强圏,使用非线性方法进行稳定
0引言
性分析,得到T型加强圈加强效果最好的结论。
余军昌等?对带加强圈的圆筒进行分析,提出了
随着低温气体需求量的不断增大,低温液体加强圏刚度是否满足稳定性要求的方法。在工程
运输车的应用越来越多,尤其是双层结构的低温应用中,为了简化设计过程,许多专家学者提出了
液体罐车,由于其具有结构简单、介质日蒸发率低加强圈快速计算方法,唐超等0?结合理论公式
和可运输体积大的优点,得到了广泛的使用。为与图算法,总结了快速计算公式或者编写了设计
了使内容器所盛装液体维持低温以降低蒸发率,程序。此外,鞍式支座对圆柱壳体的外压承载能
在内容器和外壳之间保持真空状态,此时,外壳便力也有加强作用,使得筒体的失稳临界压力增
成了典型的负压容器,外压失稳是其主要破坏形加。 ASME VⅧ-2也提出了大加强圈和小加强
式。对外压容器的失稳破坏,许多专家学者进行圈两种加强圈同时加强的设计方法?。而对于
了研究-2。淡勇等使用 ANSYS软件对外压有开孔结构的失稳临界压力,陈诗晓等针对不
容器设计中内径对临界压力的影响进行了研究,同开孔率的大开孔外压圆筒进行了数值模拟,比
得到临界压力随内径变化的规律;刘文涛叫使用较了不同开孔接管和加强圈补强等情况下的失
ANSYS特征值法计算外压失稳临界压力并与理稳压力。
论公式、设计标准算图的计算结果进行了对比;梁
般低温液体罐车的外壳结构如图1所示,
力锦等·使用 ANSYS进行外压失稳模拟,并考虑由外壳体及多个加强圈构成,最常用的加强圈
了几何与材料双非线性,同时将模拟结果与文献是半圆管或槽钢形式的加强圈,如图2所示。
试验结果、CB150计算结果、 ASMEⅧ-2计算结为了提高装载量并且不突破运输车的宽度限
果、EN13445计算结果进行了比较。研究表明,制,往往对外壳加强圈进行削边处理,此时筒体
初始缺陷对非线性临界失稳具有很大的影侧视图如图2所示。对于不进行削边的加强圈
响?。在给定直径与材料下,为提高外压容器结构,可以按照CB15020114《压力容器》明进
的临界失稳压力,可增加筒体厚度或减小计算长行外压稳定性计算。然而,加强圈削边后,由于
度?,但增加壳体厚度会使设备制造成本明显提结构不规则,外压失稳临界压力已无法通过CB
高,从减轻容器重量、节约壳体材料(特别是贵150-2011进行计算。另一方面,目前对于不规
重材料)出发,减小计算长度更有利?。减小计则结构的强度或刚度计算,越来越多地应用有
算长度行之有效的方法就是添加加强圈,或者恰限元方法。因此,文中将采用有限元方法计算
当地设置外加强圈,能有效提高容器抗外压失稳加强圈不同程度削边后的低温液体罐车外壳外
能力,同时又能减小设备重量,降低对材料的要压承载能力,并在分析结果基础上,拟合加强圈
求的。添加加强圈后,临界压力可以达到无加强刚度削弱系数。有了该系数,就可以按照GB
圈加强结构临界压力的十几倍?。不同类型加150-2011进行常规设计,这是本文研究的目的
强圈