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平板封頭與橢圓形封頭應(yīng)力測定及其分析畢業(yè)論文-wenkub.com

2025-06-25 13:26 本頁面
   

【正文】 (八)查看軸向應(yīng)力結(jié)果執(zhí)行ANSYS Utility Menu—General Postproc—Plot Results—Contour Plot—Nodal Solu,在彈出的對話框中選擇Nodal solution、Stress、Y—Component of stress,并在第一個下拉選項中選擇Deformed Shape With undeformed model。(7) 查看周向應(yīng)力結(jié)果執(zhí)行ANSYS Utility Menu—General Postproc—Plot Results—Contour Plot—Nodal Solu,在彈出的對話框中選擇Nodal solution、Stress、Z—Component of stress,并在第一個下拉選項中選擇Deformed Shape With undeformed model。(5) 施加載荷 執(zhí)行命令A(yù)NSYS Main Menu—Solution—Define Loads—Apply—Structural—Pressure—On Nodes,在彈出的對話框中選擇Pick all,在再次彈出的文本框中輸入1,單擊OK完成載荷的施加。執(zhí)行命令A(yù)NSYS Main Menu—Solution—Define Loads—Apply—Structural—Displacement—Symmetry —On Nodes,在彈出的對話框中選擇Xaxis點擊OK,完成對X方向軸對稱的約束。如下圖41所示: 圖41 平板封頭模型(二)定義硬點劃分網(wǎng)格執(zhí)行ANSYS Main Menu—preprocessor—Modeling—Create—Keypoints—Haed PT on line—Haed PT by coordinates,彈出對話框選擇L5,點擊OK,彈出Create Haed PT by coordinates對話框中輸入0,0,再以同上的命令選擇L1,輸入硬力點坐標(biāo)42,130,0;84,130,0;126,130,0;,130,0;,130,0,再次用以上命令選擇L2,,0,0執(zhí)行ANSYS Main Menu—preprocessor—Meshing—MeshTool在彈出的對話框中單擊Size Controls區(qū)域中Areas后面的Set按鈕選擇模型面A1單擊OK按鈕在彈出的對話框中SIZE文本框中輸入1后單擊OK,在Mesh區(qū)域內(nèi)選擇Quad和Free,單擊Mesh按鈕點擊模型面單擊OK。(九)壓電分析用于分析二維或三維結(jié)構(gòu)對AC(交流)、DC(直流)或任意隨時間變化的電流或機械載荷的響應(yīng)。并且可以利用后處理功能產(chǎn)生壓力、流率和溫度分布的圖形顯示。(六)電磁場分析主要用于電磁場問題的分析,如電感、電容、磁通量密度、渦流、電場分布、磁力線分布、力、運動效應(yīng)、電路和能量損失等。當(dāng)運動的積累影響起主要作用時,可使用這些功能分析復(fù)雜結(jié)構(gòu)在空間中的運動特性,并確定結(jié)構(gòu)中由此產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變和變形。ANSYS可進行的結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析類型包括:瞬態(tài)動力學(xué)分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析及隨機振動響應(yīng)分析。靜力分析很適合求解慣性和阻尼對結(jié)構(gòu)的影響并不顯著的問題。通過對以上八個圖表的對比分析可知橢圓形封頭周向應(yīng)力誤差較大,而軸向應(yīng)力誤差較小。然后將各測點的應(yīng)變片依次接入電阻應(yīng)變儀進行預(yù)調(diào)平衡工作,打開進水閥,關(guān)閉進水閥,停泵,待壓力穩(wěn)定后,用應(yīng)變儀測定該壓力下各測點的應(yīng)變值,重復(fù)8兩操作過程七4次,、。 YJ5靜態(tài)電阻應(yīng)變儀一臺、P20R25預(yù)調(diào)平衡箱一臺、TT310超聲波測厚儀一臺、VC9804A測電阻萬用表、電阻應(yīng)變片若干、溫度補償塊若干、測量導(dǎo)線若干、接線端子若干、萬用表一個、加壓泵一臺、丙酮清洗劑、502粘結(jié)劑、粗、細砂紙,脫脂棉花,聚乙烯薄膜若干、25瓦電烙鐵、鑷子、濾紙等工具。所用的儀器為YJ—5型電阻應(yīng)變儀。布點時應(yīng)注意以下幾點:①幾何形狀變化或應(yīng)力梯度較大部位布點要密一些,幾何形狀變化小,布點可少些;②縱向片均貼在薄處的縱向線上。 進行記錄,通過公式計算,得到所需要的應(yīng)變數(shù)值。其優(yōu)點為:1. 測量靈敏度與精度高,其最小應(yīng)變讀數(shù)人106,在測量常溫下靜態(tài)應(yīng)變時精度可達1%;2.頻率響應(yīng)好,可以測量從靜態(tài)到數(shù)十萬赫的動態(tài)應(yīng)變;,一般可測量從106到2%的應(yīng)變值,采用特殊大應(yīng)變應(yīng)變片可洲測量到20%的應(yīng)受值;4.易于實現(xiàn)測量數(shù)字化、自動化及無線電遙測;5.可在高(低)溫、高速旋轉(zhuǎn)、高壓液下、強磁場及核輻等環(huán)境條件下進行測量;6.可制成各種傳感器,測量力、壓力、位移、加速度等物理量,在工業(yè)種作為控制或監(jiān)視的敏感元件。撓度微分方程(217)中,剪力可由圖215中的平衡條件確定,即。最大應(yīng)力在板邊緣上下表面,即。 圓平板中的應(yīng)力(一)承受均布載荷時圓平板中的應(yīng)力過程設(shè)備中,圓平板通常受到均布壓力的作用,即為一常量。由式(213)可見,和沿著厚度方向(即z方向)均為線性分布,如圖210中所示為徑向應(yīng)力的分布圖。在板變形后,A點和B點分別移至和位置,根據(jù)第二個假設(shè),過點和點直線和扔垂直于變形后的中曲面,但他們分別轉(zhuǎn)過了角和,故微段的徑向應(yīng)變?yōu)? (29) 圖29 圓平板對稱彎曲的變形關(guān)系按第一假設(shè),中面在圓平板彎曲過程中無應(yīng)變。(二)幾何方程受軸對稱載荷的圓平板,板中面彎曲變形后的撓度曲面也有軸對稱性,即撓度僅取決于坐標(biāo),與無關(guān)。微元體上半徑為和的兩個圓柱面上的橫向剪力分別為和;徑向彎矩均為和;兩徑向截面上所作用的周向彎矩均為;橫向載荷作用在微元體上表面的外力為P,其值為,如圖28(c)、(d)所示。 圓平板對稱彎曲微分方程圓平板的半徑為R、厚度為t、承受軸對稱橫向載荷,滿足以上假設(shè)并且還具有軸對稱性。即:第一個假設(shè)為板的中間面在變形后成為一彈性曲面,但不伸長,不縮短。但當(dāng)變形很大時面內(nèi)載荷也會產(chǎn)生彎曲內(nèi)力,同時由于板彎曲后的中面已不再是不可展曲面,中面也要變形,因而橫向載荷也會產(chǎn)生這種面內(nèi)力。他們均無明確界限,在計算精度要求下,平板厚度t與中面的最小邊長b(圖27)之比,即時,平板撓度與厚度之比,即時,認為可按小撓度薄板計算。一般認為平板的變形為雙向彎曲,我們主要討論圓形薄板在軸載荷下小撓度應(yīng)力和變形。從O到A,其撓度是與載荷成正比的,且其撓度只是由彎曲變形所引起。圖23橢球殼的尺寸 (25) (26)從式(25)和式(26)式可以看出:橢圓殼上各點的應(yīng)力與各點的坐標(biāo)有關(guān),在殼體赤道上(x=a,y=0),;在殼體頂點處(x=0,y=b),;橢球殼應(yīng)力的大小不僅與內(nèi)壓p,壁厚t有關(guān)外,還與長軸與短軸之比a/b有很大關(guān)系:當(dāng)a與b軸相等時,橢球殼變成球殼,這時最大應(yīng)力為圓筒殼中的的一半,隨著a/b值的增大,橢球殼中應(yīng)力增大,如圖24所示;工程上常采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭即當(dāng)(a/b)=2的情況下標(biāo)準(zhǔn)橢球封頭中各點應(yīng)力分布的情況。 構(gòu)成殼體的材料物理性能相同(主要是μ和Ε),殼體的厚度、中間面曲率和載荷連續(xù),無突變。通過式(22)可求得,代入式(21)可解出。在這兩個圓錐面之間,殼體中面是寬度為dl的環(huán)帶nn’。(三)區(qū)域平衡方程微元平衡方程(21)中有兩個未知量和。由于隨角度變化,若在bd截面上的經(jīng)向內(nèi)力為,早對應(yīng)截面ac上,因增加了微量,經(jīng)向內(nèi)力變?yōu)?。(六)設(shè)計中改善邊緣應(yīng)力狀況 改善連接邊緣結(jié)構(gòu),實現(xiàn)等厚度焊接和圓弧角度;對邊緣區(qū)應(yīng)局部加強;避免邊緣區(qū)附近局部應(yīng)力或應(yīng)力集中;保證邊緣焊縫質(zhì)量,消除邊緣焊接殘余應(yīng)力 無力矩理論的基本方程(一)殼體微元及其內(nèi)力分量在受壓殼體上任一點取一微元體abdc。(五)邊緣應(yīng)力的基本特性: 局部性 : 隨著離邊緣距離x的增加,各內(nèi)力呈指數(shù)函數(shù)迅速衰減以至消失,這種性質(zhì)稱為不連續(xù)應(yīng)力的局部性。(四)不連續(xù)分析的基本方法 第一種方法: 在工程上稱為不連續(xù)分析,可將殼體的解分為兩個部分,一是一次總體薄膜應(yīng)力,即一次應(yīng)力,是殼體無力矩理論的解;二是邊緣應(yīng)力,又稱二次應(yīng)力,是有力矩理論得到的解。(二)影響因素: 沿殼體軸線方向的厚度、載荷、溫度和材料的物理性能也可能出現(xiàn)突變(即不是一種連續(xù)性變化)。對于圓柱殼體(又稱圓筒),若外直徑與內(nèi)直徑的比值(Do/Di)max≤~,則稱為薄壁圓柱殼或薄壁圓筒;反之,則稱為厚壁圓柱殼或厚壁圓筒。工程上一般把(t/R)max≤1/10的殼體歸為薄殼,反之為厚殼。常用的殼體分別是圓柱殼、球殼、橢球殼、錐形殼和由它們構(gòu)成的組合殼。設(shè)計者應(yīng)根據(jù)全壽命周期內(nèi)容器所受的載荷,結(jié)合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的要求,確定設(shè)計載荷。交變載荷上述載荷中,有的是大小和/或方向隨時間變化的交變載荷,有的是大小和方向基本上不隨時間變化的靜載荷。設(shè)計容器時,管路的總體布置通常還沒有最后確定,因此不可能進行管路應(yīng)力分析來確定接管處的載荷。(5)波動載荷波動載荷是指固置在船上容器,由于波浪運動而產(chǎn)生的加速度。地震影響系數(shù)具體取值可參閱有關(guān)地震設(shè)計規(guī)范,因為它與容器所在地的場地土類別、震區(qū)類型和地震烈度等因素有關(guān)。風(fēng)載荷作用下,除了使容器產(chǎn)生應(yīng)力和變形外,還可能使容器產(chǎn)生順風(fēng)向的振動和垂直于風(fēng)向的誘導(dǎo)振動。計算重力載荷時,除容器自身的重量外,因根據(jù)不同的工況考慮隔熱層、內(nèi)件、物料、平臺、梯子、管系和由容器支承的附屬設(shè)備等的重量。非壓力載荷非壓力載荷可分為整體載荷和局部載荷。壓力容器中的壓力主要來源于三種情況:一是流體經(jīng)泵或壓縮機,通過與容器相連接的管道,輸入容器內(nèi)而產(chǎn)生壓力,如氨合成塔、尿素合成塔、氫氣儲罐等;二是加熱盛裝液體的密閉容器,液體膨脹或汽化后使容器內(nèi)壓力升高,如人造水晶釜;三是:盛裝液化氣體的容器,如液氨儲罐、液化天然氣儲罐等,其壓力為液體的飽和蒸汽壓。絕對壓力是以絕對真空為基準(zhǔn)測得的壓力,通常用于過程工藝計算。用戶要求按JB4732 設(shè)計的容器。設(shè)計壓力與殼體內(nèi)徑單位的乘積≥10000 的容器。進行詳細的應(yīng)力分析, 并根據(jù)應(yīng)力對容器失效所構(gòu)成的危害程度, 將應(yīng)力進行分類, 對各類應(yīng)力用不同的限制值進行控制。如GB150—1998《鋼制壓力容器》、GB151—1999《管殼式換熱器》、JB4732—1995《鋼制壓力容器—分析設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》 、JB/T 4735《鋼制焊接常壓容器》、GB12337—1998《鋼制球形儲罐》、JB4710—2000《鋼制塔式容器》 《容規(guī)》對壓力容器的材料、設(shè)計、制造、使用、檢驗、修理、改造等七個環(huán)節(jié)中的主要問題提出了基本規(guī)定。 國內(nèi)主要規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)簡介中國將涉及生命安全、危險性較大的鍋爐、壓力容器、壓力管道、電梯、起重機械、客運索道和大型游樂設(shè)施統(tǒng)稱為特種設(shè)備。按EN13445規(guī)定設(shè)計、制造的壓力容器,被自動認為滿足97/23/EC。97/23/、制造和合格評估。EEC/EC指令側(cè)重于安全管理方面的要求,只涉及產(chǎn)品安全、工業(yè)安全、人體健康、消費者權(quán)益保護的基本要求,是歐盟各成員國制定相關(guān)法律指南。為改變這一狀態(tài),日本以JIS B8270中的第1中壓力容器(設(shè)計壓力小于100MPa)為對象,制定了JIS B8266《壓力容器構(gòu)造——特定標(biāo)準(zhǔn)》,并修改了JIS B8265,形成了新的壓力容器JIS標(biāo)準(zhǔn)體系。JIS B8270《壓力容器(基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn))》為壓力容器基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn),規(guī)定3種壓力容器的設(shè)計壓力、設(shè)計溫度、焊接接頭形式、材料許用應(yīng)力、應(yīng)力分析及疲勞分析的適用范圍、質(zhì)量管理及質(zhì)量保證體系、焊接工藝評定試驗及無損檢測等內(nèi)容。該篇對玻璃纖維增強塑料壓力容器的材料、設(shè)計、檢驗等提出要求。為解決高溫壓力容器的分析設(shè)計,在1974年后又補充了一份《規(guī)范案例N—47》。由于它具有較強的經(jīng)驗性,故許用應(yīng)力較低。目前ASME規(guī)范共有十二卷,包括鍋爐、壓力容器、核動力裝置、焊接、材料、無損檢測等內(nèi)容,篇幅龐大,內(nèi)容豐富,且修訂更新及時,全面包括了鍋爐和壓力容器質(zhì)量保證的要求。在形式上,ASME規(guī)范分為4個層次,即規(guī)范(Code)、規(guī)范案例(Code Case)、條款解釋(Interpretation)及規(guī)范增補(Addenda)。 國外主要規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)簡介(一) ASME 規(guī)范美國是世界上最早制定壓力容器規(guī)范的國家。給出材料、設(shè)計、檢驗、合格評估等方面的基本要求。 世界壓力容器規(guī)范標(biāo)準(zhǔn) 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步,國際貿(mào)易的不斷增加,各國壓力容器規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容和形式不斷更新,以適應(yīng)新形勢的需要。高溫容器是指壁溫達到材料蠕變溫度下工作的容器碳鋼420℃ ;合金鋼450℃ ;奧氏體不銹鋼550℃ 。 如1993年頒布的日本JISB8270《壓力容器(基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn))》,依據(jù)設(shè)計壓力和介質(zhì)危害性將壓力容器分成3個階段:第三類壓力容器的等級最低,適用范圍設(shè)計溫度不低于0176。中國的壓力容器分類方法綜合考慮了設(shè)計壓力、幾何容積、材料強度、應(yīng)用場合和介質(zhì)危害程度等影響因素。m3的中壓反應(yīng)容器;(5) 毒性程度為極度和高度危害介質(zhì), MPa因此,《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》采用既考慮容器壓力與容積乘積大小,又考慮介質(zhì)危害程度以及容器品種的綜合分類方法,有利于安全技術(shù)監(jiān)督和管理。如果同時具備幾項作用,按主要作用來劃分。易燃介質(zhì)壓力容器的所有焊縫(包括角焊縫)均應(yīng)采用全焊透結(jié)構(gòu)等。爆炸濃度極限為可燃氣體或蒸氣與空氣混合物遇到明火能夠發(fā)生爆炸的濃度范圍。如Q235-A或Q235-E鋼板不得用于制造毒性程度為極度或高度危害介質(zhì)的壓力容器;盛裝毒件程度為極度或高度危害介質(zhì)的容器制造時,碳素鋼和低合金鋼板應(yīng)逐張進行超聲檢測,整體必須進行焊后熱處理,容器上的A、B類焊接接頭還應(yīng)進行100%射線或超聲檢測,且液壓試驗合格后還得進行氣密性試驗。所謂最高容許濃度
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