平板開孔及矩形容器應力和結構的分析研究.pdf

1、平板是鍋爐、壓力容器中的常用元件。我國的GB150-1998《鋼制壓力容器》和ASME《Boiler and Pressure Vessel Code，Sec.Ⅷ-Div.1～2，Pressure Vessel，copyright 2004》對平板的強度設計作了有關規(guī)定。但是，對于圓平板開孔結構的設計還存在需要深入研究的問題；對于矩形容器的設計，也沒有給出工程設計用的計算公式。為此，本文應用現代數值計算方法對開孔圓平板和矩形容器的應力及

2、結構進行了分析研究，主要研究內容和結論如下： (1)對實心圓平板在幾種板殼連接型式下的力學模型進行了有限元分析計算，給出了有限元計算結果與解析解的應力比值，由比值表明兩者的結果基本一致。同時分析了圓平板上的應力分布特點。 (2)對開孔率小于等于0.5、大于0.5以及開矩形孔三種結構的圓平板進行了有限元應力分析。當圓平板開孔率小于等于0.5時，研究了在2d范圍內補強的方法，對比了各種開孔補強方式下的應力曲線，結果表明圓平板

3、在2d范圍內開孔補強的方法能滿足平板應力強度的要求，而當前的各國標準中都沒有明確規(guī)定平板的補強范圍。采用GB150-1998《鋼制壓力容器》中均勻增加平蓋厚度的補強方法時，在孔邊2d范圍內仍存在著較大的應力集中，難以達到補強的效果，這種現象對于開孔直徑小的平蓋尤為明顯。 對于開孔率大于0.5的圓平板結構，平板與筒體連接處存在很大的邊緣應力。當平板與筒體的連接部位采用錐形段或圓角過渡時，有限元計算結果表明，兩者都能減小平板與筒體連

4、接處的邊緣應力，但是該局部區(qū)域仍存在較大的一次應力加二次應力；連接部位的有限元計算結果經線性化處理后，一次應力加二次應力應按3倍許用應力進行校核，同時還必須對平蓋和筒體的最大一次薄膜應力加彎曲應力分別用1.5倍許用應力進行校核。對開矩形孔的圓平板結構，采用等效內切圓的設計方法能夠滿足開矩形孔圓平板主體部位的應力強度要求，在矩形孔轉角處增加過渡圓角能夠顯著地減小孔邊的峰值應力。 (3)應用假想圓的設計方法，將矩形平板等效為圓平板進