化工容器壳体局部应力的计算与分析

化工容器壳体局部应力的计算与分析①

高肖肖淡勇

(西北大学化工学院)

摘要采用解析法和有限元法对不同组合壳体即圆柱壳与球壳二圆柱壳与椭球壳连接处的局部应力进行了计算与分析,结果表明:两种算法计算得到的解的相对误差不超过?5%,说明两种算法所得的解是一致的三

关键词化工容器壳体局部应力解析法有限元法

中图分类号TQ053.2 文献标识码 A 文章编号0254-6094(2018)03-0301-04

化工容器在壳体局部载荷作用的地方和壳体

结构曲率二厚度及材料性质等不连续处都存在局

部应力三计算局部应力的方法有实验应力分析

法二数值法和解析法[1]三其中数值法中的有限元

法相比于其他计算方法来说,是现在普遍使用的

一种高效快速的计算方法[2,3]三为了更好地研究

分析不同壳体连接处由于厚度二曲率等几何特征

不同而产生的局部应力,笔者通过解析法和有限

元法来计算圆柱壳与球壳二圆柱壳与椭球壳两种

组合壳体连接处由于曲率不同而产生的局部应

力,然后进行对比讨论所求的解三

1 局部应力的计算 解析法

1.1 算例1

如图1所示为圆柱壳与球壳组合壳体连接处

的内力三其中Q0和M0分别为连接处产生的

边

图1 圆柱壳与球壳连接处的内力缘力和边缘力矩,x是各点到壳体连接处的距离三基本参数:壳体内径R i=0.194m,外径R o= 0.212m,壁厚t=0.018m,内压p=20MPa,泊松比

μ=0.3,x=0三

圆柱壳与球壳连接边缘区域壳体中面上的应力公式如下[1]:

σx=pR2t+0.454pR t e-βx sinβx(1)σθ=pR t-pR4t e-βx cosβx+0.136pR t e-βx sinβx(2)

其中,β=43(1-μ2)

R2t2

;R=R i+R o2;σx为壳体连接边缘区域的径向应力;σθ为壳体连接边缘区域的周向应力三

由式(1)二(2)计算可得:

σx=pR2t=20?0.203

2?0.018=112.78MPa

σθ=pR t-pR4t=3pR4t=3?20?0.203

4?0.018=169.17MPa 1.2 算例2

如图2所示为圆柱壳与椭球壳组合壳体连接处的内力,上部为椭球壳,下部为圆柱壳三基本参数为:壳体内径R i=0.194m,外径R o=0.212m,椭球壳长短半轴之比为2,壁厚t=0.018m,内压p=20MPa,泊松比μ=0.3,x=0三

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第45卷第3期化工机械

①基金项目:国家自然科学基金项目(21576224)三

作者简介:高肖肖(1993-),硕士研究生,从事压力容器的结构设计与性能研究,gaoxiaoxiaonwu@https://www.wendangku.net/doc/874563597.html,三万方数据