整体多层夹紧式高压容器超压处理研究
发布时间：2021-06-29 12:38
以ANSYS软件为平台,理想塑性材料力学模型和Mises屈服准则为基础,建立了存在均匀层间间隙的多层容器弹塑性有限元模型,结合实验数据测定现有制造工艺下多层容器的层间间隙参考范围为0.055～0.13 mm。以同尺寸单层容器Mises初始屈服压力作为超压处理压力,模拟改善应力分布效果。
【文章来源】：广州化工. 2012,40(07)
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
多层容器内壁布点图
156广州化工2012年4月面模型，同时考虑到模型的对称性，选择1/4筒体建模。画7个同心圆弧面，每个弧面之间有一定间隙，共6个间隙，通过改变层间间隙设定值，得到不同的有限元模型。同一模型，各层间的间隙都取同一值，如图2所示。采用平面单元PLANE183划分网格，网格的尺寸为3．3mm，并依据理想塑性材料力学模型和Mi-ses屈服准则对单元的非线性材料属性进行定义，材料屈服极限取384．5MPa。创建目标单元TARGET169和接触单元CON-TA172以定义面－面接触［5］，共需要定义6个接触对，将1～6层的外壁(凸面)定义为接触面，将2～7层的内壁(凹面)定义为目标面，不同的接触对需要分开定义，选用扩展拉格朗日算法，接触刚度(FKN)为10倍弹性模量。分别在模型的y轴、x轴的对称边界，设置x和y方向的位移约束，并在内筒内壁施加压力载荷。图2多层容器有限元模型Fig．2Finiteelementmodelofmulti－layervessel3多层筒体层间间隙的测算将多层圆筒内壁周向应力、应变的实验结果与不同间隙有限元模型的计算结果进行比较，得到实验用多层圆筒层间间隙的取值范围，实验方法与数据引用文献［4］。图3，图4显示了多层容器内壁周向应变/应力随加载压力的变化情况，横坐标为加载内压，纵坐标为容器的内壁的周向应变或周向应力。可以看出多层容器中部的间隙值比靠近封头环焊缝部位的间隙值低。多层容器中部B－B截面的间隙值为0．055mm。图3显示A－A截面层间贴合较差，在内压60～70MPa段，实测应变曲线斜率明显增加，说明内壁已开始发生塑性变形，70MPa处各点实测应变都接近于有限元计算结果，因此利用间隙值0．09～0．13mm的有限元模型能够较好地模拟70MPa超压处理下容器A－A截面的塑性变形，对研究多层容器超压处理升压过程中弹塑性界面半径的变化
坐标为加载内压，纵坐标为容器的内壁的周向应变或周向应力。可以看出多层容器中部的间隙值比靠近封头环焊缝部位的间隙值低。多层容器中部B－B截面的间隙值为0．055mm。图3显示A－A截面层间贴合较差，在内压60～70MPa段，实测应变曲线斜率明显增加，说明内壁已开始发生塑性变形，70MPa处各点实测应变都接近于有限元计算结果，因此利用间隙值0．09～0．13mm的有限元模型能够较好地模拟70MPa超压处理下容器A－A截面的塑性变形，对研究多层容器超压处理升压过程中弹塑性界面半径的变化以及卸压后的残余变形具有重要意义。图3A－A截面周向应力实测值与有限元模型分析结果比较Fig．3ComparisonbetweentestandFEMinsectionA－A图4B－B截面周向应力实测值与有限元模型分析结果比较Fig．4ComparisonbetweentestandFEMinsectionB－B4超压处理分析建立间隙值0．13mm的有限元模型，分析超压处理前后设计压力(31．4MPa)下筒体沿壁厚方向的周向应力分布，超压处理压力取同尺寸单层结构Mises初始屈服压力(71．6MPa)。在层板接触位置，取两层板的读数表示阶梯应力，如图5所示。图50．13mm模型超压处理前后周向应力比较Fig．5CircumferentialstressdistributionbeforeandafterSPTofmodel0．13mm超压处理后，设计压力下内壁的周向应力大大降低，层间间隙部分消除使得内层筒体的周向应力分布已不存在阶梯应力，周向应力的最大值从331MPa减少到229．3MPa。外壁应力值提高的幅度较校这是因为内壁周向应力主要依靠负的残余应力进行削弱，而外壁周向应力的提高有赖于层板的贴合，以Mi-ses初始屈服压力进行超压处理，不能使卸载后所有层板都贴合，间隙的存在导致周向应力的迅速降低。5结论综合以上的实验数据与有限元分析结果，得到以下结论:(1)在现有
【参考文献】：
期刊论文
[1]整体多层夹紧式高压容器超水压试验研究[J]. 刘斯嘉,江楠. 压力容器. 2009(03)
硕士论文
[1]基于ANSYS软件的接触问题分析及在工程中的应用[D]. 李妍.吉林大学 2004
本文编号：3256460
【文章来源】：广州化工. 2012,40(07)
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
多层容器内壁布点图
156广州化工2012年4月面模型，同时考虑到模型的对称性，选择1/4筒体建模。画7个同心圆弧面，每个弧面之间有一定间隙，共6个间隙，通过改变层间间隙设定值，得到不同的有限元模型。同一模型，各层间的间隙都取同一值，如图2所示。采用平面单元PLANE183划分网格，网格的尺寸为3．3mm，并依据理想塑性材料力学模型和Mi-ses屈服准则对单元的非线性材料属性进行定义，材料屈服极限取384．5MPa。创建目标单元TARGET169和接触单元CON-TA172以定义面－面接触［5］，共需要定义6个接触对，将1～6层的外壁(凸面)定义为接触面，将2～7层的内壁(凹面)定义为目标面，不同的接触对需要分开定义，选用扩展拉格朗日算法，接触刚度(FKN)为10倍弹性模量。分别在模型的y轴、x轴的对称边界，设置x和y方向的位移约束，并在内筒内壁施加压力载荷。图2多层容器有限元模型Fig．2Finiteelementmodelofmulti－layervessel3多层筒体层间间隙的测算将多层圆筒内壁周向应力、应变的实验结果与不同间隙有限元模型的计算结果进行比较，得到实验用多层圆筒层间间隙的取值范围，实验方法与数据引用文献［4］。图3，图4显示了多层容器内壁周向应变/应力随加载压力的变化情况，横坐标为加载内压，纵坐标为容器的内壁的周向应变或周向应力。可以看出多层容器中部的间隙值比靠近封头环焊缝部位的间隙值低。多层容器中部B－B截面的间隙值为0．055mm。图3显示A－A截面层间贴合较差，在内压60～70MPa段，实测应变曲线斜率明显增加，说明内壁已开始发生塑性变形，70MPa处各点实测应变都接近于有限元计算结果，因此利用间隙值0．09～0．13mm的有限元模型能够较好地模拟70MPa超压处理下容器A－A截面的塑性变形，对研究多层容器超压处理升压过程中弹塑性界面半径的变化
坐标为加载内压，纵坐标为容器的内壁的周向应变或周向应力。可以看出多层容器中部的间隙值比靠近封头环焊缝部位的间隙值低。多层容器中部B－B截面的间隙值为0．055mm。图3显示A－A截面层间贴合较差，在内压60～70MPa段，实测应变曲线斜率明显增加，说明内壁已开始发生塑性变形，70MPa处各点实测应变都接近于有限元计算结果，因此利用间隙值0．09～0．13mm的有限元模型能够较好地模拟70MPa超压处理下容器A－A截面的塑性变形，对研究多层容器超压处理升压过程中弹塑性界面半径的变化以及卸压后的残余变形具有重要意义。图3A－A截面周向应力实测值与有限元模型分析结果比较Fig．3ComparisonbetweentestandFEMinsectionA－A图4B－B截面周向应力实测值与有限元模型分析结果比较Fig．4ComparisonbetweentestandFEMinsectionB－B4超压处理分析建立间隙值0．13mm的有限元模型，分析超压处理前后设计压力(31．4MPa)下筒体沿壁厚方向的周向应力分布，超压处理压力取同尺寸单层结构Mises初始屈服压力(71．6MPa)。在层板接触位置，取两层板的读数表示阶梯应力，如图5所示。图50．13mm模型超压处理前后周向应力比较Fig．5CircumferentialstressdistributionbeforeandafterSPTofmodel0．13mm超压处理后，设计压力下内壁的周向应力大大降低，层间间隙部分消除使得内层筒体的周向应力分布已不存在阶梯应力，周向应力的最大值从331MPa减少到229．3MPa。外壁应力值提高的幅度较校这是因为内壁周向应力主要依靠负的残余应力进行削弱，而外壁周向应力的提高有赖于层板的贴合，以Mi-ses初始屈服压力进行超压处理，不能使卸载后所有层板都贴合，间隙的存在导致周向应力的迅速降低。5结论综合以上的实验数据与有限元分析结果，得到以下结论:(1)在现有
【参考文献】：
期刊论文
[1]整体多层夹紧式高压容器超水压试验研究[J]. 刘斯嘉,江楠. 压力容器. 2009(03)
硕士论文
[1]基于ANSYS软件的接触问题分析及在工程中的应用[D]. 李妍.吉林大学 2004
本文编号：3256460
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