锅炉孔口强度三维有限元仿真分析

• 作 者: 孙博文
• 发表日期: 2015年期
• 关键词: 锅炉 开孔 强度 有限元 应力集中系数

锅炉通常在承压状态下工作,并且所接触的介质多为高温或易燃易爆物,一旦发生事故,将会给人们的生命财产造成不可估量的损失。并且由于结构以及工艺上的需求,往往需要对其进行开孔。对锅炉进行开孔会削弱容器的强度,使得锅炉的开孔处产生较大的应力集中。锅炉出现的事故,许多都发生在不连续区,尤其是接管与简体的连接处。这个部位由于温差应力,制造技术以及各种载荷的影响往往会成为最为薄弱的环节。本文主要研究锅炉开孔接管与筒体相贯区局部应力集中的规律,采用三维有限元的方式对孔口接管强度进行仿真。考虑到锅炉开孔处的受力特点,约束条件以及对称性,建立了1/4模型,分析无补强结构与补强结构开孔接管的强度。本文在无补强结构分析中按照内伸式与平齐式两种接管方式进行建模,得到两种接管方式下三个主应力的最大值及所在的位置。按照控制变量方法,对两种接管方式分别改变压力、接管与筒体的厚度比、开孔率等参数,分析第一、第三理论强度下应力的特点。补强结构采用平齐式接管的连接方式,对补强圈补强以及厚壁接管补强的开孔接管进行分析,得到两种补强方式的三个主应力分布规律。改变补强圈厚度以及接管的壁厚,研究不同厚度下各自应力集中的特点。利用有限元仿真的结果得到了采用补强结构可以有效地降低应力集中系数；在降低应力集中系数方面厚壁接管补强要优于补强圈补强；内伸式相比平齐式而言,能够降低应力集中系数。