内压作用下轴向斜接管的塑性极限载荷及应力集中系数研究

【摘要】本文通过ANSYS有限元分析方法,对内压作用下带轴向斜接管的圆柱壳结构进行了研究,得到了该结构的屈服规律、塑性极限载荷及应力集中系数的变化规律。国内外有众多学者及专家在这方面进行了大量的试验和模拟研究工作,但对小角度和大开孔率(d/D>0.5)斜接管结构的研究比较少。因此对斜接管结构进行极限载荷的分析研究将具有较高的工程意义。借助有限元法,对内压作用下带有不同夹角轴向斜接管的圆柱体结构进行了极限载荷研究。主要研究内容如下：1.采用有限元分析法对开孔率d/D为0.6,倾斜角0分别为15°,35°,55°,75°四种情况进行了极限分析。研究其在内压作用下应力分布规律,获取最大应力值,进而得到应力集中系数随夹角变化的规律。2.在内压作用下,得到接管与筒体相贯区附近几个关键点的应变值,并绘制出各关键点的应力-应变曲线图,按照不同判定准则,分别求其塑性极限载荷,并作对比分析。3.采用灰色预测模型GM(1,1)和回归预测软件对塑性极限载荷有限元模拟结果进行预测,并与模拟结果比较。通过上述的研究,得出以下几点结论：(1)斜接管结构极限承载能力的降低,主要是由于开孔会引起结构体上出现严重的应力集中,并且随着夹角0减小,极限载荷逐渐减小,即承载能力减弱。双切线准则、两倍弹性斜率准则和零曲率准则均可用于斜接管结构极限载荷的计算,且由不同准则求得的极限载荷有如下关系：PL>Pt>PΦ。(2)夹角0越小,锐角侧尖角处应力集中系数K就越大,即应力集中越严重。因此,在条件允许的情况下,实际生产中应尽量采用夹角大于45°的斜接管结构。(3)ASME锅炉和压力容器规范第三篇中关于内压作用下斜接管的应力集中系数的计算公式,对夹角0>30°的应力集中系数预测较为准确,对夹角θ≤30°的应力集中系数预测误差较大。故对于小角度(0≤30°)斜接管结构的应力集中系数的计算不推荐采用该公式。
【作者】杜超飞；
【导师】姜峰；
【作者基本信息】兰州理工大学，安全技术及工程，2014，硕士
【关键词】斜接管；压力容器；极限分析；塑性极限载荷；应力集中系数；

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