阀体的应力分类与强度评定

论文摘要

阀门是特殊承压类设备,属于异形压力容器。国内外阀门的设计水平是紧跟压力容器设计技术的发展。阀体作为阀门的承压部件及主要耗材零件约占阀门重量的五分之三,其设计水平对阀门制造成本、工作性能和使用寿命有决定性的影响。对一些常规设计不能满足要求的阀门,如高参数、特殊结构及核用阀门,应力分析设计法在阀体设计中被采用。应力分类是应力分析设计的一大特征,ASME规范中给出应力分类的原则和部分典型问题的分类结果,但对于实际的工程问题在规范中不一定都能找到对应的结果,而且规范也没有给出具体的分类方法。如何在掌握压力容器应力分类思想的基础上,运用一定技巧对阀体的应力进行分类和评定,是实现阀门分析设计的核心也是难点问题。本文首先从常规阀门设计出发,分析研究了阀门阀体壁厚设计的公式,阀体应力简化计算的理论基础及计算公式。其次结合阀门产品实例,按照常规设计计算方法对闸阀阀体进行了应力简化计算。接着利用有限元软件对实例闸阀阀体建立有限元模型,设定边界条件,按照试验和设计工况施加载荷,对阀体有限元模型进行静力分析计算。主要研究阀体的应力分布情况以及最大应力值和最大应力发生的位置。并对有限元应力计算结果与应力简化计算进行了分析与比较。然后,从压力容器应力分类思想研究入手,讨论应力分类和应力分解的区别和应力分类的各种技巧及方法。结合阀体应力分布特点的分析,按照应力分类思想将阀体应力分为一次应力、二次应力和峰值应力,并给出典型阀体的应力分类表。最后,对实例闸阀阀体的应力进行分类,以等安全裕度为原则,对各类应力及其组合的当量应力给予不同的限制,按照分析设计方法进行应力强度评定。论文在阀体详细应力分析的基础上,运用压力容器应力分类思想对阀体进行应力分类,首次给出阀体的应力分类表,并采用不同的极限值代替传统设计的同一许用应力对阀体进行强度评定。从应力分类的角度,以“将材料用在关键部位”为目的,为阀体“何处应该加厚,何处可以减薄”提供理论和实践研究基础。从综合安全性和经济性角度,为阀体结构及壁厚进一步优化给出依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的意义
• 1.2 国内外阀门行业现状
• 1.3 阀门标准应用
• 1.4 课题国内外研究现状
• 1.5 论文主要研究内容
• 1.6 论文主要的探索和创新点
• 第2章 阀体结构特点及失效分析
• 2.1 闸阀的分类及结构特点
• 2.2 闸阀阀体承受的载荷
• 2.3 阀体失效的分析
• 第3章 阀体的常规力学分析
• 3.1 阀体壁厚的计算
• 3.2 阀体的应力简化计算
• 3.2.1 薄壁阀体
• 3.2.2 厚壁阀体
• 3.3 实例闸阀阀体应力计算
• 3.4 本章小结
• 第4章 阀体有限元力学分析
• 4.1 有限单元法
• 4.2 有限元计算软件介绍
• 4.3 闸阀阀体有限元力学分析
• 4.3.1 建立闸阀阀体实体模型
• 4.3.2 创建阀体有限元模型
• 4.3.3 边界条件、加载和求解
• 4.3.4 后处理及结果分析
• 4.4 闸阀阀体简化计算与有限元计算的比较
• 第5章 阀体的应力分类与强度评定
• 5.1 规则设计与分析设计
• 5.1.1 按规则设计
• 5.1.2 按分析设计
• 5.2 阀体应力分类
• 5.2.1 应力分类与应力分解（Classification and Decomposition）
• 5.2.2 应力分类技巧及方法
• 5.2.2.1 等效线性化方法
• 5.2.2.2 一次结构法
• 5.2.2.3 两步法
• 5.2.2.4 减少模量法、弹性补偿法
• 5.2.2.5 GLOSS R-Node法
• 5.2.3 不同应力分类技巧及方法的比较
• 5.2.4 阀体的应力分类
• 5.2.4.1 阀体一次应力
• 5.2.4.2 阀体二次应力
• 5.2.4.3 阀体峰值应力
• 5.2.4.4 阀体应力分类
• 5.3 阀体应力分类强度评定
• 5.3.1 当量应力限制条件
• 5.3.2 阀体有限元计算结果的应力分类及强度评定
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录