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卧式容器有限元分析及其结构优化设计
王芝明'王,凯
1烟台万华木村化工机械有限公司烟台2640022万华化学集团股份有限公司烟台264002
摘要:以3750mm/16m多鞍座卧式压力容器为例,对结构进行设计及有限元强度分析。利用 ABAQUS
软件数值模拟了2种典型工况下容器应力和变形,对优化前后容器的强度和刚度进行分析及对比。计算结果表
明,预紧工况和正常工作工况下,此卧式储罐的最危险位置均发生在筒体与法兰的焊接处,平盖处受力次之,
有局部应力集中现象。通过优化卧式容器局部结构(平盖和筒体的钢板厚度),达到了减轻自重、提高强度和网刚
度的效果。
关键词:压力容器;结构设计;有限元分析;优化
中图分类号:TH122文献标识码
文章编号:1001-0785(2016)03-0007-04
Abstract: The paper takes the 3 750 mm/16 m multi-saddle horizontal pressure vessel as an example to design the
structure and perform finite element strength analysis. Vessel stress and deformation under two typical conditions are simu-
lated in ABAQUS to analyze and compare the strength and rigidity of the vessel before and after optimization. The calcula-
tion result shows that under both pre-tensioning and normal conditions, the most dangerous point of the horizontal tank lies
at the weld joint between the drum and flange, while the pressure at the flat lid is the second most dangerous point, with lo-
cal stress concentration. After the local structure ( steel sheet thickness of the flat lid and the drum)is optimized, the hori
zontal vessel enjoys reduction in self-weight and increase in strength and rigidity
Keywords: pressure vessel; structural design finite element analysis; optimization
0引言
截面的边绿结构壳体,受载条件比较复杂,很
目前,一般钢制压力容器设计所依据的标准难得到适用的结果,所以,对于复杂的间题
为CB150.1~155.4-2011常规设计标准,适用于可以利用有限元法借助计算机技术进行数值
内压圆筒和外压球壳、外压圆筒和外压球売、封模拟?。
头、开孔和开孔补强以及法兰计算,解决了压力
虽然对于卧式压力容器的计算和校核,机械
容器的强度问题,但是对于大型储罐则无法解决
部和化工部均有标准,强度和刚度问题按照此标
其刚度问题り。标准JB4732-1995用于钢制压力
准均能解决,但是对于容器的设计也不能仅通过
容器的分析设计2],提供了以弹性应力分析和塑
增加壁厚来解决强度和刚度问题,过度增加壁厚
会造成设备笨重,消耗过多的能源和工程材料
性失效为准则、弹塑性失效为基准的设计方法
可以通过桁架结构和加强筋板提高容器的强度和
但是JB4732-1995很少有人用,原因之一是内容
刚度,减轻设备的自重。
比较深,计算较繁琐;另外,采用JB4732-1995
为此,本文首先以3750mm/16m多鞍座卧
是有资质要求的,所以多数企业采用常规设计标
式容器为研究对象,参照HG/T20584-2011《钢
准GB150-2011。多数化工容器由旋转曲面组成,制化工容器制造技术要求》和JB4732-1995《钢
设计上认为容器壁厚与内径之比小于0.1则属于旋制压力容器一分析设计》标准等相关规范,利用
转薄壳,应按照旋转溥膜理论解决此类冋题,薄壳UC建立此卧式容器的几何模型,考虑此类容器典
无力矩理论应用的条件是必须满足壳体的几何形状、型工况,运用 ABAQUS软件对该容器结构进行强
材料和载荷的连续性,同时必须保证壳体有自由边度刚度分析校核?;然后在保证设备正常运行
界-?。圆柱壳与平盖的连接边缘及边缘力的计算的前提下,根据此卧式容器生产、制造和安装的
用解析法计算较复杂,尤其是对于非轴对称具有变特殊要求进行改进设计,使设备结构简单,制造
《起重运输机槭》2016(3)