基于有限元法压力容器分析设计方法的评议
国内外自分析设计标准实施以来，人们就在不断尝试更好地利用有限元法实现压力容器的分析设计。然而直到今日，在这一领域仍存在具有广泛争议的问题，比如如何从有限元计算所得总应力场中提取各类应力尤其是一次弯曲应力；应力线性化处理在三维复杂结构中的适用性；分析设计对单元类型的要求与限制等。通过深入分析，澄清并解决这些问题对推动压力容器分析设计的发展具有重要的意义。本文通过对现有文献的分析与评议，在如下几方面进行了探讨。
1、对典型压力容器轴对称结构分析设计的应力分类法进行了分析与评议。分析表明，对于典型压力容器轴对称结构,应力分类线与应力分类面物理意义明确，现行应力分类方法可行。对多种轴对称结构进行分析计算表明对于部分压力容器轴对称结构可采用基于叠加原理的方法单独施加引起一次弯曲应力的载荷，即通过分步加载提取结构的一次弯曲应力。而对于压力容器非轴对称结构由于应力分类线无明确物理意义，分类线与面无对应关系，无法充分考虑结构塑性变形时的应力再分布，应力分类线所得数据并不能直接按塑性失效准则限定，往往需要借助极限载荷分析反算应力允许值，因此此类结构宜首选直接法——极限载荷分析法进行设计计算。
2、对基于有限元法压力容器分析设计直接法进行了分析与评议。发现虽然工程设计中常常采用弹性理想塑性模型及小变形假设确定结构的极限载荷，但由于不能得到结构的真实应变，不能完整地考察结构的变形情况，随着计算机技术的发展，人们会更多地倾向于采用真实的应力应变关系并考虑几何非线性对结构进行塑性分析，采用更为客观的准则来确定极限载荷。以柱壳开孔接管结构为例，采用弹性理想塑性模型并考虑几何非线性对结构进行了塑性分析，采用现有的16种确定塑性极限载荷的方法确定结构的极限载荷并对各种方法进行了分析比较，表明双切线准则及零曲率准则更为客观，而两倍弹性斜率准则操作性最强，ASME VIII-2(2007)发散点法对某些结构在所确定的极限载荷下塑性应变过大。对于双切线准则，塑性段切点位置可定义为5[％]的塑性应变点或相邻载荷子步塑性应变增量为10-4～10-3，从而增强该方法的可操作性。
3、对壳单元在压力容器分析设计的适用性进行了分析讨论。对内压作用下斜锥壳过渡区分别采用实体单元和壳单元进行了参数化有限元分析计算，计算结果表明，采用壳单元与采用实体单元相比，最大相当应力的位置及大小几乎不变，表明该结构采用壳单元代替实体单元进行计算是可行的。
有限元法;压力容器;轴对称结构;应力场;一次弯曲应力;极限载荷
河北工业大学
硕士
化工过程机械
高炳军
2010
中文
TH49;O346.22
68
2011-03-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）