带加强圈外压圆筒的稳定性模拟研究

发布时间：2017-06-03 16:20

  本文关键词：带加强圈外压圆筒的稳定性模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：加强圈可显著提高外压容器的强度、刚度和稳定性,从而提高外压容器的承载能力,减小容器壁厚。就带加强圈外压圆筒的设计,我国压力容器设计标准GB150-2011《压力容器》和JB4732-1995《钢制压力容器—分析设计标准》只给出一种加强圈的设计方法(即大加强圈的设计方法),而现行的ASME VIII-2《压力容器建造另一规则》和EN13445《非直接接触火焰压力容器》则给出了大、小加强圈的设计方法。采用大、小加强圈的组合可以降低小加强圈间中断尺寸,进一步减轻结构重量,比我国标准先进。现行ASME VIII-2《压力容器建造另一规则》、API BULLETIN 2U《圆柱壳稳定设计公报》以及EN13445《非直接接触火焰压力容器》中,对带加强圈外压圆筒的设计思路有所不同,它们的安全裕度(实际临界压力与标准计算得到的最大许用压力的比值)也各不相同,本文分析了这些标准设计方法的异同点,并与文献中实验值对比,计算分析了各标准的安全裕度。结果表明:EN13445的安全裕度平均值最小,ASME VIII-2的安全裕度平均值次之,API BULLETIN 2U的安全裕度平均值最大。就带加强圈外压圆筒,数值模拟分析是近年来出现的新的设计方法。本文引入简化傅里叶级数法来描述圆筒初始几何偏差,采用双非线性模拟。模拟结果表明:简化傅里叶级数法模拟得到的临界压力与文献实验值吻合,它们比值的平均值为1.080。而采用ANSYS软件自带的一致缺陷模态法,其模拟的得到的临界压力与实验值比值的平均值为0.714。可见,本文引入的简化傅里叶级数法是一种较为准确的方法。实际工程中,存在不等距小加强圈和多级加强圈情况,这些情况的设计方法在标准中欠明确。为此,针对不等距小加强圈问题,本文讨论了在小加强圈间筒体壁厚相等时,加强圈尺寸不同的情况,给出了公式设计方法,并用有限元模拟进行论证。针对多级加强圈问题,本文给出了三级(大中小)加强圈的设计方法,在两级(大小)加强圈基础上,再增加一级加强圈,能减小加强圈间筒体长度,从而显著提高筒体临界失稳压力。通过与简化傅里叶级数法模拟对比可知,三级加强圈所预计的失稳形式与模拟结果一致,具有足够的安全裕度。
【关键词】：加强圈 外压稳定 双非线性 三级加强圈 不等距加强圈
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH49
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 论文背景10-11
• 1.2 国内外研究现状11-18
• 1.2.1 带加强圈外压圆筒稳定性研究现状11-17
• 1.2.2 带加强圈外压圆筒设计标准现状17-18
• 1.3 本论文研究目标及内容18-19
• 第2章 现行标准中设计方法的比较和安全裕度分析19-35
• 2.1 各标准设计方法介绍19-25
• 2.1.1 两加强圈间筒体失稳计算方法19-22
• 2.1.2 小加强圈设计计算方法22-24
• 2.1.3 大加强圈设计计算方法24-25
• 2.2 设计方法异同点比较分析25-26
• 2.3 安全裕度的分析26-34
• 2.3.1 计算算例30-31
• 2.3.2 计算结果及讨论31-34
• 2.4 本章小结34-35
• 第3章 带加强圈外压圆筒非线性模拟分析35-43
• 3.1 ANSYS双非线性模拟方法35-39
• 3.1.1 有限元模型36-37
• 3.1.2 初始几何模型及求解步骤37-39
• 3.2 ANSYS有限元模拟结果讨论39-42
• 3.3 本章小结42-43
• 第4章 不等距小加强圈的模拟与分析43-51
• 4.1 不等距小加强圈情况分析43-44
• 4.2 不等距加强圈计算方法44-45
• 4.3 不等距加强圈算例45-47
• 4.4 有限元模拟47-48
• 4.4.1 有限元模型及求解步骤47-48
• 4.4.2 有限元模拟结果48
• 4.5 结果讨论48-50
• 4.6 本章小结50-51
• 第5章 三级加强圈设计计算方法构想及模拟分析51-64
• 5.1 API BULLETIN 2U标准设计思路51-52
• 5.2 三级加强圈计算方法构想52-57
• 5.2.1 预测筒体失稳应力52-54
• 5.2.2 塑性修正系数54
• 5.2.3 加强圈尺寸规定54-55
• 5.2.4 许用应力55
• 5.2.5 实际应力计算55-57
• 5.3 三级加强圈计算算例57-60
• 5.4 有限元模拟分析60-61
• 5.5 结果讨论61-62
• 5.6 本章小结62-64
• 第6章 结论与展望64-66
• 6.1 结论64-65
• 6.2 展望65-66
• 符号说明66-68
• 附录A68-69
• 附录B69-82
• 附录C82-91
• 附录D91-99
• 参考文献99-102
• 致谢102-103
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果103

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