全焊接球阀阀体应力分析与评定

发布时间：2017-09-15 10:32

  本文关键词：全焊接球阀阀体应力分析与评定

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【摘要】：随着科学技术的不断进步和制造水平的不断提高,阀门的生产也在向着高温、高压、大口径、高密封等高参数方向发展,同时也希望阀门的制造在充分保证安全性的前提下,尽可能做到经济性。 对于高压大口径的全焊接球阀,若按原有的以经验公式为基础的“常规设计”方法(Design by Rules)进行设计,其口径超出了常规设计的经验公式的适用范围,只能依靠实验研究,进行对比分析设计,这样会导致成本提高和设计周期延长,而设计出的产品虽然可以保证安全性,但却不能保证经济性。 “分析设计”方法(Design by analysis)与有限单元法(Finite Element Analysis)是现代结构分析中的重要手段。由于失效准则的选取不同,“分析设计”方法与有限单元法考虑到局部应力对整体应力的影响,并且根据引起应力的原因将应力进一步分类判定,在保证强度的前提下,放宽了应力的限制条件,对大口径阀门而言,将大幅度节省材料,降低成本。本文将NPS56Class900的全焊接球阀为例： 首先,采用分析设计方法,通过弹性力学、板壳理论的基本公式,对阀体危险截面的应力进行分析,并确定了应力与壁厚之间的计算关系,将应力分析所得结果进一步划分为一次薄膜应力Pm,一次弯曲应力Pa和二次应力Q,根据JB4732-95《钢制压力容器-分析设计标准》中的判定要求对各类应力强度进行限制。在满足各类应力强度的条件下,确定了阀体壁厚。 其次,根据计算所得壁厚,应用有限元的方法,采用ANSYS Workbench软件,对阀体进行工作状态下的数值模拟计算。对运算结果中应力集中处的应力进行应力线性化处理,从而得到各类应力,加以判定,验证“分析设计”方法所得壁厚是否符合强度要求。 最后,将通过“分析设计”准则所得壁厚与按“常规设计”准则确定的壁厚进行比较,以体现“分析设计”方法与有限单元法在阀门设计中的优越性。
【关键词】：全焊接球阀 分析设计 危险截面 应力分类 数值模拟
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH134
【目录】：

• 摘要8-9
• Abstract9-11
• 插图索引11-12
• 第1章 绪论12-18
• 1.1 研究背景12-14
• 1.1.1 全焊接球阀的应用12-13
• 1.1.2 应力分析的意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-16
• 1.2.1 全焊接球阀的发展14-15
• 1.2.2 应力分析理论现状15-16
• 1.2.3 全焊接球阀设计中的应力分析16
• 1.3 研究内容16-17
• 1.4 本章小结17-18
• 第2章 应力分类与强度评定18-30
• 2.1 压力容器设计规范介绍18-19
• 2.1.1 “常规设计”规范(Design by rule)18-19
• 2.1.2 “分析设计”规范(Design by analysis)19
• 2.2 应力分类简介19-21
• 2.2.1 一次应力20
• 2.2.2 二次应力20-21
• 2.2.3 峰值应力21
• 2.3 应力分类法原理21-23
• 2.4 应力分类评定23-24
• 2.5 应力分类方法24-28
• 2.5.1 应力线性化法24-27
• 2.5.2 一次结构法27-28
• 2.6 全焊接球阀的应力分类28-29
• 2.7 本章小结29-30
• 第3章 有限元分析方法30-36
• 3.1 有限元分析介绍30-31
• 3.2 常用有限元分析软件31-33
• 3.2.1 LS-DYNA软件31-32
• 3.2.2 DYTRAN软件32
• 3.2.3 ABAQUS软件32
• 3.2.4 ADINA软件32-33
• 3.2.5 NASTRAN软件33
• 3.2.6 ALGOR软件33
• 3.2.7 COSMOS软件33
• 3.2.8 ANSYS软件33
• 3.3 发展趋势33-35
• 3.4 运用WORKBENCH分析阀体应力35
• 3.5 本章小结35-36
• 第4章 分析设计法计算全焊接球阀阀体应力36-43
• 4.1 阀体计算模型简化处理36-37
• 4.1.1 阀体结构分析36
• 4.1.2 阀体受力分析36
• 4.1.3 结构及受力简化36-37
• 4.2 危险界面的内力与变形分析37-38
• 4.3 危险截面边缘解分析38-41
• 4.3.1 球壳边缘位移分析40
• 4.3.2 筒体边缘位移分析40-41
• 4.4 阀体应力计算41-42
• 4.5 本章小结42-43
• 第5章 实例分析43-51
• 5.1 全焊接球阀阀体参数43
• 5.2 按“常规设计”分析计算阀体壁厚43-44
• 5.3 按“分析设计”分析计算阀体壁厚44-46
• 5.3.1 弹簧密封力FM计算44-45
• 5.3.2 危险截面应力分析45-46
• 5.4 数值模拟应力分析46-49
• 5.4.1 前置处理46-48
• 5.4.2 计算求解48
• 5.4.3 后置处理48-49
• 5.5 结果对比分析49-50
• 5.5.1 阀门安全性评定49-50
• 5.5.2 阀门经济性评定50
• 5.6 本章小结50-51
• 结论与展望51-52
• 参考文献52-55
• 致谢55-56
• 附录A 攻读硕士期间所发表的学术论文目录56

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：856006