外压薄壁容器稳定性模拟分析与研究

发布时间：2020-08-28 19:14

　　压力容器广泛应用于化工领域、石油工业、轻工机械等以及人们日常生活中。对于外压容器来说,外压容器的破坏主要是由于稳定性不足所引起的失效。稳定性问题对于外压容器来说至关重要,保证其具有足够的稳定性是外压容器正常工作的基本前提。本文主要以薄壁筒体为研究对象,分析薄壁筒体受外压作用下引起的侧向失稳以及局部失稳问题,为今后研究其稳定性问题提供依据。本文利用ANSYS有限元软件中特征值屈曲分析与非线性屈曲分析对薄壁圆筒进行模拟分析,主要研究筒体尺寸、材料性能以及初始缺陷(椭圆度、材料不均匀性)对临界压力以及屈曲形态的影响,并讨论支座结构以及开孔结构对临界压力以及屈曲形态的影响。通过对不同尺寸的薄壁短圆筒进行外压稳定性实验,探究实测值、理论值与模拟值三者之间的关系。为了使容器具有足够的稳定性,通常需要设计加强结构,本文主要研究加强圈/筋对临界压力的影响。分析常见加强结构、不同加强方式以及布置方式对临界压力的影响,通过对比分析明确何种场合采用何种加强方式。利用正交设计方法设定16组带扁钢加强圈的筒体结构参数,通过对其进行有限元分析,并采用最小二乘法对无量纲化的模型参数进行拟合,给出了扁钢加强圈薄壁筒体临界压力拟合公式,讨论了不同结构参数对扁钢加强圈筒体临界压力的影响。
【学位单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH49
【部分图文】：

波形,外压筒体,失稳变形

小于壳体材料屈服极限时，同时壳体满足强度要求即强度足够大，但此时壳体也会突然失去原有的形状，壳体被压瘪或发生变形，在壳体表面某些部位发生凹陷，某些部位发生凸起，产生波形（如图2.1所示），我们将这种现象称为失稳[57]。通常外压容器的破坏并不是由于强度不足导致的破坏，而是由于容器结构稳定性不足引起的失稳破坏，因此为了使外压容器能够正常工作保证其稳定性是非常有必要的。图2.1 外压筒体失稳变形图（1）侧向失稳当容器外表面受到均布的侧向外压时（力作用垂直于筒体外表面），由于筒体稳定性不足将发生失稳，此时的失稳叫侧向失稳。因侧向外压使筒体失去原有的形状而出现波形且波形数为两个、三个、四个，如图2.2所示。图2.2 筒体侧向失稳后的形状P

波形,侧向失稳,筒体,形状

当容器外表面受到均布的侧向外压时（力作用垂直于筒体外表面），由于筒体稳定性不足将发生失稳，此时的失稳叫侧向失稳。因侧向外压使筒体失去原有的形状而出现波形且波形数为两个、三个、四个，如图2.2所示。图2.2 筒体侧向失稳后的形状P

曲线,载荷-位移曲线,分支路径,分支屈曲

12(a)极限屈曲 (b)稳定的分叉屈曲 (c)不稳定的分叉屈曲图2.6 不同情况下载荷-位移曲线图2.6中实线表示稳定的平衡路径，虚线表示不稳定平衡路径，图2.6(a)为极限屈曲情况，可以看出当曲线过了临界载荷点Pc之后，曲线呈现逐渐下降的趋势，结构由稳定变为不稳定，当到达最低点时又呈现上升的趋势。对于分支屈曲的情况，当过了临界载荷点之后，有两条或两条以上的路径。若结构继续沿着初始的路径则是平衡不稳定的，若沿着其他路径的称为分支路径，若结构沿着分支路径是上升趋势的（图b），则是稳定的分支屈曲，若结构沿着分支路径是下降趋势的（图c）

【参考文献】