论文部分内容阅读
圆柱壳接管开孔结构一般采用径向接管或斜接管形式。对于容器径向及轴向斜接管结构，国内外学者及工程技术人员已经做了大量系统的研究，而对容器周向斜接管结构则缺乏系统研究。本文采用三维有限元分析法对圆柱壳周向斜接管结构在内压作用下的开孔-接管区弹性应力分布、等效应力集中系数以及极限载荷分析等进行较详细的研究。 论文主要研究内容和研究成果如下: (1)采用有限元弹性应力法较为系统地计算了不同结构参数下受内压圆柱壳周向斜接管结构的弹性应力，绘制了不同开孔参数下等效薄膜应力及等效总应力集中系数Km、K图。研究结果表明:本文计算参数范围内，内压下圆柱壳周向斜接管结构的等效薄膜应力及等效总应力集中系数均低于同参数时的圆柱壳径向接管结构，当开孔系数λ较小时，本文基于有限元的周向斜接管等效应力集中系数解与Mershon公式较为接近，随着λ增大，二者差异逐渐显著。 (2)分析4个无量纲参数周向接管倾角β、开孔率d/D、壁厚比δet/δe和径厚比D/δe对圆柱壳周向斜接管结构极限承载压力的影响，设计了不同结构参数的4因素4水平正交试验模型，并通过回归分析拟合得到受内压圆柱壳周向斜接管结构极限载荷的计算公式。与圆柱壳正交接管结构相比，随着倾角β的增大，周向斜接管结构承载能力明显增加。进一步对极限载荷拟合公式进行验证，为同类结构极限载荷的有限元计算和强度评定提供借鉴。 (3)从弹性应力和极限载荷分析两个方面对圆柱壳周向斜接管结构进行进一步的分析与比较。分析结果表明:与圆柱壳径向接管结构相比，周向斜接管结构最大应力大多位于纵截面侧。最大等效塑性应变位置和最大应力位置有一定差异。各分析模型容器与接管截交区域纵向截面区域是结构的最薄弱区域，屈服首先从该区域开始，并随着载荷的增加，截交区域的横截面锐角侧也开始屈服，然后塑性区不断向外扩展。除个别模型外，基于两倍弹性斜率准则所得的各应力校核系数范围与GB150-2011中径向接管应力校核系数较为接近，其他准则所得的应力校核系数范围明显偏大，由此表明采用GB150-2011分析法对圆柱壳周向斜接管结构存在较大的安全裕量。 本文研究结果可为内压作用下周向斜接管结构安全评定及优化设计提供依据。