内压平板封头应力研究开题报告

 2021-08-08 02:08

全文总字数:3696字

1. 研究目的与意义

压力容器是指内部或外部承受气体或液体压力,并对安全性有较高要求的容器,平板封头的应力分布情况可以从理论研究,电测法测量,ANSYS有限元分析三方面入手,与圆柱形筒体连接的平板封头,在承受内压时有两处可能出现危险点,一是平封头的中心部分,另一是圆柱壳与平封头的连接部分在这里通过对三种应力分析方法进行对比分析研究,探讨平板封头的应力变化规律及影响因素,从而验证封头应力计算方法的正确性,对压力容器封头应力的测定具有指导意义。

2. 国内外研究现状分析

封头是压力容器的主要受压元件之一,是使压力容器形成一个密闭的空间的部件,同时也是为了减小局部应力过高,平板封头是化工设备常用的一种封头,平板封头要比凸形封头厚得多。但是,由于平板封头结构简单,制造方便,在压力不高,直径较小的容器中,采用平板封头比较经济简便。而承压设备的封头一般不采用平板形,只是在压力容器的人孔、手孔以及在操作时需要用盲板封闭的地方,才用平板盖。另外,在高压容器中,平板封头用得较为普遍。这是因为高压容器的封头很厚,直径又相对较小,凸形封头的制造较为困难。2012年刘江涌[2]曾比较了几种封头的特点,详细举出了平板封头的特点:结构简单,制造方便,主要承受弯曲应力的作用,整体锻造的平盖与简体的连接处带有一段半径为r的过渡圆弧,它的最大弯曲应力在平盖的中心。而对平盖圆简连接没有过渡圆弧的连接结构形式,其最大弯曲应力可能出现在简体与平盖的连接部位,也可能出现在平盖的中心。

平板封头和薄壳或薄壁容器中相似,大部分载荷由拉伸变形所承受,板的纯弹性强度和总强度相比较小。对挠度要求较高的平板构件就必须有足够的厚度来承载,否则需采用加强筋或拉杆。对此1985年李永生,李侠[3]曾进行过平板封头加筋结构分析,为薄板代替厚板,普通钢材代替短缺钢材开辟了前景。

平板封头作为受压元件,为了保障压力容器的安全性,对它进行应力分析就显得尤为重要,应力分析主要用于确定与机械零件和构件失效有关的危险点的应力集中、应变集中部位的峰值应力和应变。1994年陈罕,赵军[4]等研究了平板封头与壳体连接圆角处的局部应力,他们根据板壳理论分析和有限元计算提出平封头与圆柱壳体连接处的应力集中系数可以表示为3个无量纲参量的函数并按照应力分类的观点,此处应力为一次应力和二次应力之和应控制在3σ,1999年季润东[6]也曾通过建立适当的力学模型,利用柱壳近似计算方法,导出了薄壁圆筒平封头环向焊缝应力与变形的分析解答,为平板封头应力分析提供了借鉴.当然应力分析的方法也必须合理科学。2006年朱磊,陶晓亚[5]提出要获得总的应力分布,必须借助光弹,应变片或其他试验力学的方法来找出最大应力,再将其分解为一次,二次和峰值应力。

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3. 研究的基本内容与计划

内容:用理论计算,电测法测量,ANSYS有限元分析这三种方法对平板封头的应力做出分析。在查阅文献的基础上综述平板封头应力位置,大小,方向等参数及学习利用有限元软件参数化设计分析应力和探索国内外研究进展等。综合比较三种方法得到的结果,研究其差异性的产生,探讨平板封头的应力变化规律及影响因素。

计划:

1~3周:调研及查阅文献,翻译外文资料写出开题报告;

4~7周:进行理论计算和安装、学习并熟练应用ANSYS软件;

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4. 研究创新点

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