压力容器边缘强度的理论研究与实验分析

论文摘要

压力容器的边缘强度问题是广泛研究的热点问题，其对于压力容器的强度有很大的影响。尤其是脆性材料制造的壳体、经受疲劳载荷或低温的壳体等，因对过高的不连续应力十分敏感，可能会导致壳体的疲劳失效或脆性破坏，因而在设计中应按有关规定计算并限制不连续应力。对于边缘应力的研究目前多采用力法，借助有力矩理论来求解边缘应力。这一方法理论上虽然思路清晰，但针对具体的问题分析起来相当复杂，所以在工程上并未得出许多有用解答，特别是对碟形封头，由于存在两个连接边缘—壳体与环形体、环形体与球面体边缘，问题就变得更加复杂了。目前未见推导出的解析解。本文采用计算机辅助分析软件ANSYS来求解边缘应力，此种方法比较简单，能很直观的分析边缘的应力。方便地得到我们所需的各向应力。本文的主要研究工作如下：1．借助有限元分析软件ANSYS对典型的压力容器边缘的有限元分析模型（我们采用球形封头的压力容器为例）进行边缘静力结构的数值模拟，得到了边缘的各向应力的分布云图。2．对于有限元得到的应力进行分类，本文采用了等效线性化方法对我们得到的有限元结果进行了分类。分离出我们所需的总体薄膜应力，局部薄膜应力，弯曲应力，峰值应力。并借助ASME和JB4732-95我国分析设计标准对我们从有限元结果中分离出来的各类应力进行强度的验算和评定。3．借助实验装置对压力容器的边缘应力进行测量。对在受压的情况下的压力容器进行了静态应变测试。得到了应变进而算得边缘应力。把实验得到的结果和我们在理论上及有限元的结果进行比较来验证我们的结论。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 压力容器边缘强度的应用与发展
• 1.2 国内外的研究现况
• 1.3 应力的分类准则
• 1.3.1 应力分类准则
• 1.3.2 应力分类在边界效应中的应用
• 1.4 边缘应力在压力容器结构中的应用及意义
• 1.5 本课题研究的内容及意义
• 第二章 边缘应力有限元分析及应力分类
• 2.1 引言
• 2.2 边缘应力的有限元分析实例
• 2.3 边缘应力的有限元分析
• 2.3.1 分析前的假设
• 2.3.2 建立几何模型
• 2.3.3 载荷分析
• 2.3.4 约束的简化
• 2.3.5 建立有限元网格模型
• 2.4 结果分析
• 2.5 应力的分类
• 2.5.1 压力容器中各类应力介绍
• 2.5.2 应力分类方法
• 2.5.3 应力分类方法的特性比较
• 2.5.4 基于等效线性化应力分类的三维有限元计算应力的实用处理
• 2.6 本章小结
• 第三章 实验应力测试
• 3.1 实验测试的原理
• 3.2 实验装置的组成
• 3.2.1 油路控制系统
• 3.2.2 恒压控制系统
• 3.2.3 数据采集系统
• 3.3 测试数据
• 3.4 实验结果分析（图象处理）
• 3.5 误差分析
• 3.6 本章小结
• 总结及展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 （攻读硕士学位期间已公开发表的论文）