以ANSYS軟件為平臺,理想塑性材料力學模型和Mises屈服準則為基礎(chǔ),建立了存在均勻?qū)娱g間隙的多層容器彈塑性有限元模型,結(jié)合實驗數(shù)據(jù)測定現(xiàn)有制造工藝下多層容器的層間間隙參考范圍為0.055～0.13 mm。以同尺寸單層容器Mises初始屈服壓力作為超壓處理壓力,模擬改善應力分布效果。 

【文章來源】：廣州化工. 2012,40(07)

【文章頁數(shù)】：3 頁

【部分圖文】：

多層容器內(nèi)壁布點圖

156廣州化工2012年4月面模型，同時考慮到模型的對稱性，選擇1/4筒體建模。畫7個同心圓弧面，每個弧面之間有一定間隙，共6個間隙，通過改變層間間隙設(shè)定值，得到不同的有限元模型。同一模型，各層間的間隙都取同一值，如圖2所示。采用平面單元PLANE183劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格的尺寸為3．3mm，并依據(jù)理想塑性材料力學模型和Mi-ses屈服準則對單元的非線性材料屬性進行定義，材料屈服極限取384．5MPa。創(chuàng)建目標單元TARGET169和接觸單元CON-TA172以定義面－面接觸［5］，共需要定義6個接觸對，將1～6層的外壁(凸面)定義為接觸面，將2～7層的內(nèi)壁(凹面)定義為目標面，不同的接觸對需要分開定義，選用擴展拉格朗日算法，接觸剛度(FKN)為10倍彈性模量。分別在模型的y軸、x軸的對稱邊界，設(shè)置x和y方向的位移約束，并在內(nèi)筒內(nèi)壁施加壓力載荷。圖2多層容器有限元模型Fig．2Finiteelementmodelofmulti－layervessel3多層筒體層間間隙的測算將多層圓筒內(nèi)壁周向應力、應變的實驗結(jié)果與不同間隙有限元模型的計算結(jié)果進行比較，得到實驗用多層圓筒層間間隙的取值范圍，實驗方法與數(shù)據(jù)引用文獻［4］。圖3，圖4顯示了多層容器內(nèi)壁周向應變/應力隨加載壓力的變化情況，橫坐標為加載內(nèi)壓，縱坐標為容器的內(nèi)壁的周向應變或周向應力�？梢钥闯龆鄬尤萜髦胁康拈g隙值比靠近封頭環(huán)焊縫部位的間隙值低。多層容器中部B－B截面的間隙值為0．055mm。圖3顯示A－A截面層間貼合較差，在內(nèi)壓60～70MPa段，實測應變曲線斜率明顯增加，說明內(nèi)壁已開始發(fā)生塑性變形，70MPa處各點實測應變都接近于有限元計算結(jié)果，因此利用間隙值0．09～0．13mm的有限元模型能夠較好地模擬70MPa超壓處理下容器A－A截面的塑性變形，對研究多層容器超壓處理升壓過程中彈塑性界面半徑的變化

坐標為加載內(nèi)壓，縱坐標為容器的內(nèi)壁的周向應變或周向應力�？梢钥闯龆鄬尤萜髦胁康拈g隙值比靠近封頭環(huán)焊縫部位的間隙值低。多層容器中部B－B截面的間隙值為0．055mm。圖3顯示A－A截面層間貼合較差，在內(nèi)壓60～70MPa段，實測應變曲線斜率明顯增加，說明內(nèi)壁已開始發(fā)生塑性變形，70MPa處各點實測應變都接近于有限元計算結(jié)果，因此利用間隙值0．09～0．13mm的有限元模型能夠較好地模擬70MPa超壓處理下容器A－A截面的塑性變形，對研究多層容器超壓處理升壓過程中彈塑性界面半徑的變化以及卸壓后的殘余變形具有重要意義。圖3A－A截面周向應力實測值與有限元模型分析結(jié)果比較Fig．3ComparisonbetweentestandFEMinsectionA－A圖4B－B截面周向應力實測值與有限元模型分析結(jié)果比較Fig．4ComparisonbetweentestandFEMinsectionB－B4超壓處理分析建立間隙值0．13mm的有限元模型，分析超壓處理前后設(shè)計壓力(31．4MPa)下筒體沿壁厚方向的周向應力分布，超壓處理壓力取同尺寸單層結(jié)構(gòu)Mises初始屈服壓力(71．6MPa)。在層板接觸位置，取兩層板的讀數(shù)表示階梯應力，如圖5所示。圖50．13mm模型超壓處理前后周向應力比較Fig．5CircumferentialstressdistributionbeforeandafterSPTofmodel0．13mm超壓處理后，設(shè)計壓力下內(nèi)壁的周向應力大大降低，層間間隙部分消除使得內(nèi)層筒體的周向應力分布已不存在階梯應力，周向應力的最大值從331MPa減少到229．3MPa。外壁應力值提高的幅度較校這是因為內(nèi)壁周向應力主要依靠負的殘余應力進行削弱，而外壁周向應力的提高有賴于層板的貼合，以Mi-ses初始屈服壓力進行超壓處理，不能使卸載后所有層板都貼合，間隙的存在導致周向應力的迅速降低。5結(jié)論綜合以上的實驗數(shù)據(jù)與有限元分析結(jié)果，得到以下結(jié)論:(1)在現(xiàn)有

【參考文獻】：
期刊論文
[1]整體多層夾緊式高壓容器超水壓試驗研究[J]. 劉斯嘉,江楠.  壓力容器. 2009(03)

碩士論文
[1]基于ANSYS軟件的接觸問題分析及在工程中的應用[D]. 李妍.吉林大學 2004



本文編號：3256460