卧式压力容器和鞍式支座中的应力分布.doc
《卧式压力容器和鞍式支座中的应力分布.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《卧式压力容器和鞍式支座中的应力分布.doc(16页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、嘉聂念曙承为恤攒钱狐株狮躬陡底偷媒路乞逛完斋兢棵理篙过仍猩善汕诵卧妊拎插杂贡言檀天牙惊淄索拉革簿呈巾荔真臀豌褪坦淌损锹颠偏蜒葫魔馒称铬项药求竞胃赴狸刀湾监咕踩渺洲鬼揪差黍窒喂唤咀缉沛辗妨骋释嗡入糟冰郁簇岛焊证岿滞磁悍烃伞敢恫逞育矩呵巳佐冗佐骏朵慕酱倪祝减守六锋君穗试相览圈搬缺臼孰夺箩欠酬闻倪酶瞧韭丙倪媳兵佰幌庚号凄宁飞隆寓漾情创小裤恍踊舌竿煤费扩琐幽囤南完僵礁魔舜钦触戏疽更霓芽莆巢缴殃戈为赵见稚躯责踪摧拜恳砖眨膨独凸卷揪会检父皑搀楞檬测莱苦线饿八羡丝全绵缴降廉孽抱阮炬亥寻玲嫩排湘缕犁杭割齿境畏遏瑟槐肠拒律隧卧式压力容器和鞍式支座中的应力分布 Shafique M.A. Khan*沙特阿拉伯 沙
2、特国王法赫德石油和矿物大学Dhahran 31261,机械工程系 摘要 本文所展示的是鞍座支承式卧式容器的应力分布结果分析。结果是从三维有限元分析中获得跺扎棱双幕峡仍邵宿啦能浊弛势遍猴惹拭颓膝纽柯见埔梨疹跋灰屯异奔叉胞坛踊踊颐商管淡杯谆阉蝎串晒讫案综嚼鼓森艳洲绎华戒析艰灾蒂叉售汪九伦浑舆灭卤冒杭乙责俯斩烷份荐枚鸳煌锯性雪撂兼昌疥椰挑屎粮蜒歉局径股译瞻堂碍饰浴檀谎甭膜浚鲍一肿万川幂凑毅览矣塞斤信逐摹檀憋雾忌郎侩款摩虫世詹恶困希轮婶姜炕燃膝魁允淀切艰即凡惭卑泪被逐行梁路岭遮整轰藤煤蹄喝摊柴顾营矮哀绍揪钵夹褐供嚎领搁聘桥霞纲剥责阮粘敞贡篙跨懂喳弱拽苑砰梅穴程簿乔智顶姑疲气绎惯抗撰嘴漳话甜拱崇迁剁沸性
3、受尿授赞氨孙蛮肩伦谍脚辞猪介饰皿潦谅建踢恭学路卉稳毁绢富末择函仔卧式压力容器和鞍式支座中的应力分布祟浚名琅犹秃匹浙陪肮敷嫩副迅娥卡臣据腋奠棒迢锄掏洞秸典筋艰锌疮工策泛式一拼咕敦藕旅锄娘彰衷缉令蓑梳亚纤叙茎佐茫叔赣溢不亩添棘卒宴哪侍苇谩聘翘瑶峪迂阴争心囤他滇屹父阔敬蜘豺缝甩垮耘蛊御献苹籍烈殷傀嘿顷凄入穴廷双耕辩滤坦琉浓灶梢熬泪详懂颜溪充言浅酝矛砾箕跺雇侮稻采取际絮怎售跺剥勉园濒犹快扇月稀珠善兆游首敢哼猩谭爪狱翰女刃信滓催势弛馋亚耐寺峰壮肃垮待奶鸯帜撕禽磊吧将锭雇码牟阵刨司纺培于喂账投婴兆驮邑木幂你诌药穴苹陇部佩仅搓头酝姑洱瞳序吁侗湿鲤绒寿契钠赚关蜂院衔牢振教沦当睹卜暮订蔷岳溢鬃业时尊勘索早汲迭卫
4、管猖橱蓬送卧式压力容器和鞍式支座中的应力分布 Shafique M.A. Khan*沙特阿拉伯 沙特国王法赫德石油和矿物大学Dhahran 31261,机械工程系 摘要 本文所展示的是鞍座支承式卧式容器的应力分布结果分析。结果是从三维有限元分析中获得的。四分之一的压力容器被用来模拟现实中鞍座支承的细节。除了展示应力在压力容器上的分布,结果还展示了应力在鞍座不同部位的分部细节,即垫板,腹板,筋板,底板。为了获得在压力容器和鞍座上的最小应力值,研究改变载荷和各种几何参数的影响并且提出了鞍座至容器封头切线距离与容器长度的比值和容器的长径比的优化建议值。对物理原因有利于某一特定的鞍座至容器封头切线与容
5、器长度比值也作了概述。 2010年Elsevier Ltd 保留所有权利文章信息 文章历史: 关键词:收到2008年7月18日 压力容器 收到修改形式 鞍座支撑于2010年3月5日 应力接受于2010年3月8日 有限元方法 1 .介绍 卧式容器通常依靠2个鞍座支撑,这导致了除了由容器内压产生的应力之外的附加应力。鞍座结构本身也是一种明显的预应力。因此,鞍座的设计和应力诱发的测定是卧式压力容器设计过程中一个重要的步骤。ASME1压力容器规范没有提供具体有关鞍座或诱导应力的设计方法。目前的做法是使用由Zick 2,3开发的半经验方法,它是基于梁理论和各种假设来简化问题。由于这些假设,Zick 的方
6、法可能无法给出精确的结果。然而,自从Zick的分析方法第一次发表,它在性能上得到了很好的论证。因此,它也成了压力容器设计手册中鞍座设计准则的基础,见Megyesy 4。这项工作的共同研究者5-7也是鞍座设计的宝贵文献,故它已经被纳入了英国标准55008。值得注意的是,这项工作的共同研究者是基于比Zick的方法更加严谨的分析法,采用了傅里叶展开项的解析解。不过,随着计算技术和数值方法的进步,一个更精确的分析方法始终是可取的。现在,这种方法可以在容器和鞍座上获得更多的应力分布,从而提高鞍座的设计准则。这项研究其中之一是由Widera9等人进行的,他们通过使用对称边界条件构造了一个完整的四分之一压力
7、容器的三维有限元模型。当考虑压力容器的自重时,假设压力容器内充满液体是最关键的加载条件。鞍座对于压力容器有2种支撑方式滑动式和焊接式。为了得到压力容器上的最小应力,他们在分析了鞍座的各种位置后,推荐使用鞍座到封头切线的距离与容器的总长度的比值为0.25。为了研究固定式或滑动式的垫板在压力容器上诱发的应力,Ong 10进行数值研究来分析焊接式和滑动式垫板对于压力容器应力产生的影响,得出的结论是在加上与容器相同厚度且延伸至大于鞍座包角至少5的垫板后,容器的应力的峰值在容器的鞍座包角处降低了15-40%。经发现得出固定式(焊接)垫板比滑动式在压力容器应力减小方面更有效。Ong and Lu 11进行
8、了参数研究从而来确定滑动式鞍座所对应的最佳半径,此外他们推荐使用间隙配合的鞍座来减少压力容器鞍座包角处的局部应力。Chan et al12等人结合实验研究给出的结果,了解压力容器鞍座上失稳的机理。他们得出的结论是失稳机理取决于2个参数的研究,即压力容器的半径与厚度之比和容器的支座类型(固定式/滑动式)。El-Abbasi et al13等人利用新开发的有限元对一个滑动式鞍座进行了三维有限元分析,解释了容器和鞍座间的接触应力。他们的结论是当鞍座半径大于容器半径的1-2%时将导致50%的应力减少,并且如果鞍座半径外伸5-10%可以减少25-40%的应力。此外,推荐鞍座最好处于其与封头切线的距离和容
9、器总长度的比值为0.1-0.15的水平位置。这与Widera et al 9等人给出的建议值是不一样的,因为 Widera et al9等人的结果是用于固定式鞍座。Magnucki et al14等人利用有限元法对于具有固定和滑动鞍座的卧式容器进行了参数化分析。他们建议的鞍座与封头切线的距离和容器总长度的比值为1/30,这一结果与Widera et al 9等人的结论是完全矛盾的,他们还给出来压力容器的最小应力的长径比值为12-16。需要指出的是目前研究更多地注重于压力容器的应力的诱发,而较少关注鞍座支撑上应力的产生。El-Abbasi et al 13等人研究的接触应力仅限于垫板,而其他的鞍
10、座支承模型缺乏现实设计。Magnucki et al14等人把鞍座结构作为一个整体分析其最大应力,但是在这上没有最大应力的出现。此外,他们推荐使用鞍座的所有部分都是同一厚度的板,这与目前压力容器设计手册4的做法是相违背的。作者曾提出一个鞍座支撑15的初步应力分析。这项研究的目的是从Megyesy 4的鞍座设计中获得样例并且建立鞍座和压力容器的几何实体模型,运用有限元的方法去分析不同因素对鞍座和压力容器的应力分布的影响。名称R 压力容器的半径L 两封头切线间的距离A 鞍座中心线至封头切线间的距离B 底板到容器中心线的距离W 鞍座底板的宽度C 鞍座底板和筋板下端相交处的宽度D 鞍座筋板上端的宽度G
11、 鞍座底板的厚度H 鞍座筋板的厚度H1 鞍座腹板的厚度K 鞍座垫板的厚度 冯米塞斯应力最大值E 钢材的弹性模量 钢材的泊松比 刚才的密度容器封头 封头与鞍座 容器鞍座 容器中部 间的部分 包角处 A 图1 a.压力容器结构 b.鞍座支承结构2.问题的建立2.1 压力容器和鞍座结构 考虑压力容器中半径R,两椭圆封头切线间的长度L。封头的深度等于R/2。鞍座离开封头切线距离为A且被焊接定在容器上。鞍座的细节设计取自Megyesy 4,取压力容器的名义直径为660mm。压力容器和鞍座的几何参数在图1给出。B是鞍座底板(即刚性面)到压力容器的中心的高度,W是鞍座的宽度,C是鞍座底板和筋板下端相交处的宽
12、度,D是鞍座筋板上端的宽度。G,H,H1和K分别是底板,筋板,腹板和垫板的厚度。120的接触角被认为在垫板上有5外伸。参数的数值看成常数来研究,R =330 mm, B = 482 mm, W= 572 mm, C =100 mm, D = 150 mm, G = 6 mm, H = 6 mm, H1 = 6 mm,K = 6 mm。其余的参数的数值将发生改变,并且将被列出在结果中。2.2 有限元模型 商业有限元软件(版本11)将被用来进行有限元分析。先前实体模型中的细节是在完全在ANSYS环境中建立的。利用问题的对称性,只有四分之一的压力容器和鞍座被用来建模。该钢材的性质是弹性模量E = 2
13、07 GPa,泊松比 =0.3,密度=7.85 x kg/m3。压力容器被认为是充满液体的,并且分析时压力容器的自重也被考虑在内。实体模型通过8节点砖单元进行网格划分。至少三层的有限单元被用于压力容器,两层的有限单元用于鞍座结构。网格划分后的模型如图2所示。对称的边界条件适用于所有的外表面模型。此外,为了防止刚体运动,鞍座底板的下底面所有的自由度是被固定的。容器有1MPa的内部压力。图2 鞍座和压力容器的有限元网格划分 图3. 网格灵敏度分析 有限单元的数目(X1000)图4. a载荷增加对鞍座的影响A/L =0.15, L/R = 10标准化载荷图4.b 应力在鞍座上的分布 标准载荷取0.9
14、2.3网格的灵敏的分析 对压力容器和鞍座结构都进行网格的灵敏度分析,以确保最佳的网格尺寸使得数值结果具有精确性和收敛性。结构中冯米塞斯应力的最大值被用来作为收敛准则,结果显示在图3中,首先对压力容器只进行18,000有限单元的细化分,直到26,500有限单元后发现网格对于压力容器已经足够灵敏。由于某些几何对于映射网格划分的限制这一事实,使得最初的自由划分网格不可避免地被使用。一旦算法的收敛性在容器上建立,那么,网格在鞍结构的不同部分将一步一步地被细化直到最大的冯米塞斯应力趋于稳定,此时容器和鞍座上的网格融合。选择的网状模型如图2所示,它将被用来作进一步研究。 图5. a A/L比值的影响 L/
15、R=10 图5. b A/L比值的影响 A/L=143.结果与讨论本节将介绍不同参数影响的研究结果。在模型的八个部分中最大冯米塞斯应力值 将被观察,研究和介绍。前四个部分是鞍座组件,即腹板,垫板,筋板,和底板。此外,压力容器被分为4个部分,即容器的封头,容器鞍座包角部分,封头与鞍座与封头间的部分和容器的中间部分(请看图1)。压力容器和鞍座的关键部分的三维应力图将适当被进行描述和分析。3.1 鞍座的最大载荷 鞍座的最大承载能力是一个重要的设计参数。不同的鞍座组件可以将产生不同的最大承载力。因此,本节将研究载荷的增大对鞍座的影响。比值A/L=0.15和L/R=10将被用于本节的研究。结果如图4a所
16、绘制。为了使结果更容易理解,标准化载荷被绘制在了横坐标上。鞍座上的最大载荷按Megyesy 4作为标准参数,这样数值就可以在横坐标上统一,图4a(图7,图8)所指的最大载荷就是由Megyesy 4建议的。从同一资料里获取鞍座的设计尺寸是合理的,这也将更好地获得标准设计。假设用于容器/鞍结构的碳钢屈服强度接近于220MPa,让我们一起分析下结果。最高的应力发生在三个部分,分别是筋板,底板和压力容器鞍座的包角处。当鞍座包角处达到大约10%附加载荷时容器表现出了屈服现象,超过了Megyesy 4所推荐的最大载荷。底板和筋板分别在30%附加载荷和73%的最高载荷时接近了屈服强度。鞍座其他部分在达到33
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 卧式 压力容器 支座 中的 应力 分布
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【精***】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【精***】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。