大型膨胀节的承载能力分析

论文摘要

由于其良好的变形补偿能力,膨胀节广泛应用于石油、化工、电力等领域。随着工业生产规模的扩大,对大型膨胀节的需求也越来越多,在保证安全要求的前提下,如何更经济地设计膨胀节结构也就显得越来越重要。本论文对大型膨胀节的承载能力等进行了有限元分析,目的在于考察目前膨胀节标准对大型膨胀节的适用性。首先,建立了大型膨胀节有限元分析模型,分别对其在内压和位移载荷作用下的应力大小和分布进行了分析,并与膨胀节标准中的公式计算结果进行了对比。结果表明：对于超出现行国内膨胀节设计标准规定尺寸的大型膨胀节,其强度计算仍可以按照GB16749-1997《压力容器波形膨胀节》进行。但是,膨胀节的公称直径越大,按标准进行强度设计的保守程度越小。其次,应用有限元方法,就膨胀节直径与厚度对各项应力及极限承载能力的影响进行了一系列的对比分析。研究发现：随着膨胀节厚度的增加,其经向应力在压力载荷作用下逐渐减小,在位移载荷作用下逐渐增大。最后,论文对大型薄壁带加强圈U形膨胀节进行了线性应力分析和极限载荷计算,并与无加强的U形膨胀节进行了对比。结果发现,加强圈的设置使得膨胀节的多数应力水平下降20%-80%,承载能力提高约3倍。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 前人研究工作综述
• 1.2.1 膨胀节研究方法概述
• 1.2.2 前人研究成果
• 1.3 本课题研究的主要内容
• 第二章 大型膨胀节的强度分析
• 2.1 大型膨胀节强度的理论计算
• 2.1.1 膨胀节理论计算的原理
• 2.1.2 有关膨胀节强度计算标准的简介
• 2.1.3 大型膨胀节几何结构
• 2.1.4 应用膨胀节标准进行强度计算
• 2.2 大型膨胀节强度的有限元分析
• 2.2.1 有限元及ANSYS软件简介
• 2.2.2 大型膨胀节有限元模型的建立
• 2.2.3 有限元分析结果
• 2.2.4 理论分析和数值分析的结果对比
• 2.3 关于膨胀节力学模型的讨论
• 2.4 本章小结
• 第三章 膨胀节公称直径、厚度等参数对各项应力及极限承载能力的影响
• 3.1 极限内压下承载能力分析
• 3.1.1 膨胀节的基本结构尺寸
• 3.1.2 常规设计公式计算
• 3.1.3 膨胀节有限元模型的建立
• 3.1.4 内压作用下极限载荷的有限元分析
• 3.1.5 关于直径影响的计算结果对比
• 3.2 膨胀节厚度对强度的影响
• 3.2.1 几何模型的选定及有限元分析
• 3.2.2 关于厚度影响的计算结果对比
• 3.3 本章小结
• 第四章 大型薄壁带加强圈U形膨胀节的承载能力分析
• 4.1 几何模型简介
• 4.1.1 大型薄壁带加强圈U形膨胀节几何模型
• 4.1.2 大型薄壁无加强U形膨胀节几何模型
• 4.2 承载能力的有限元分析
• 4.2.1 有限元模型的建立
• 4.2.2 线性应力分析结果
• 4.2.3 极限载荷分析结果
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 论文的主要结论
• 5.2 对于本课题研究的展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 北京化工大学 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书