碟形封头与筒体连接结构的极限载荷分析.pdf

第4期
机槭设计与制造
2013年4月
Machinery Design Manufacture
141
碟形封头与筒体连接结构的极限载荷分析
邡君,王海峰,刘学军2,谈金祝,潘龙,陈睿麟
(1.南京工业大学机械与动力工程学院,江苏南京211816;2.南京工业大学电子与信息工程学院,江苏南京211816)
摘要:对某内压作用下簿壁容器的碟形封头与筒体连接结构进行了非线性有限元分析,采用了 Newton- Raphson算法,
得出了最危险点的载荷一位移曲线,进而通过两倍弹性斛率法得到了该结构的极限载荷值。采用正交设计法,研究了封头
的壁厚、筒体的壁厚及封头的转角半径对连接结枃极限载荷的影响。研究结果表明结构的最大应力位于碟形封头过渡
区,对极限载荷的影响由大到小依次为封头壁厚、筒体壁厚以及封头的转角半径,为今后进一步的优化设计提供了依据。
关键词:碟形封头;筒体;分析设计;极限载荷;有限元分析
中图分类号:THI6;TH49文献标识码:A文章编号:1001-397(2013)04-0141-03
Plastic Limit Load Analysis of the Connection Structure Between
the Dished Head and the Shell
HAO Jun, WANG Hai-feng Llu Xue-jun, TAN Jin-zhu, PAN Long, CHEN Rui-lin
1 College of Mechanical and Power Engineering, Nanjing University of Technology, Jiangsu Nanjing 21 1816, China
2. College of Electronic and Information Engineering, Nanjing University of Technology, Jiangsu Nanjing 21 1816, China)
Abstract he connection structure betueen the dished head and the shell under internal pressure was analyzed using
nonlinear finite element method, and then using the algorithm of Newton-raphson and etting the most dangerous point load
displacement curve, and the Limit Load of the structure was studied on the basis of the tuite elastic slope method. In addition
based on the orthogonal design method, the influences of the head thickness, the shell thickness and the head corner radius
on the limit load of the connection structure were investigated The results sho the the maximum stress occurs in the knuckle
region of the dished head. The results also indicate that the head thickness have the greatest influence on the limit load, ne
the shell thickness and the knuckle region radius have the secondary effects, providing basis for optimization design in the
further
Key Words: Dished Head; Shell; Analysis Design; Limit Ioad; Finite Element
1引言
作为承压元件的薄壁容器,在各行各业中起着十分重要的
作用。作为受压容器,会因为过度变形后很难修复而导致整个结
c寸≌
构报废,所以,薄壁容器作为重要的承压核心元件之一,对它的安
全性和经济性研究也越来越受到了人们的关注。在内压作用下,
458.7
溥壁容器的极限载荷硏究不仅对其结构优化有指导意义,而且对
保证其安全性能也起着重要作用。有关压力容器极限载荷的研
b457,2
究,已有很多学者和技术人员做过大量工作。文献对极限载荷
分析方法的相关理论知识做了比较详细的介绍。文献比较了压力
图1碟形封头与筒体连接结构
容器的各种分析设计方法,并从欧盟标准和美国ASME规范中比
Fig. I Structure of the Connection Between Dished Head and Shell
较了极限载荷分析方法。文献們介绍了极限载荷方法的相关理论
尽管对受压结构极限载荷的研究冇许多报道,但有关薄壁容
并介绍了如何通过有限元方法进行极限载荷方面的研究。文献器极限载荷的研究报道较少。以某产品的薄壁容器内胆为研究
介绍了极限载荷分析中的PWC( plastic work curvature)准则,即塑象,研究其内胆的极限载荷。该产品内胆的设计压力和设计温度分
性功准则,并与目前比较流行的几个极限载荷分析准则做了比别为1034MPa和75℃,薄壁容器筒体顶部扩口后与偞形封头连
较。文献介绍了TFS( ( twice elastic slope),即两倍弹性斜率法,分接,其结构形状和尺寸,如图1所示。米用有限元法对其进行了极
析了该方法的优缺点。
限载荷分析,并研究封头壁厚、筒体壁厚及封头的转角半径对连
来稿日期:2012-06-17
基金项目:同家质检公益性科研专项(20110025);江苏省科技支撑计刘项目(SBE201077457)
作者简介:郝君,(1987-),男,湖南长沙人,硕士研究生,主要研究方向:机械设计及优化设计理论
谈金祝,(1965-),男,江苏人,教授,博士,博士生导师,主要研究方向:燃料电池方面的研究