基于电测法与ANSYS评定压力容器错边结构.pdf

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1、266化工机械2015焦基于电测法与ANSYS评定压力容器错边结构何斌州任建民1陈思瑶2(1．辽宁石油化工大学机械工程学院；2．内蒙古科技大学)摘要利用电测法和有限元分析法对筒体和封头的错边结构进行应力分析和强度评定，两种方法的计算结果趋于一致，证明了两种方法的可靠性，为压力容器的安全运行提供参考依据。关键词压力容器错边结构电测法有限元分析法应力分析中图分类号TQ053．2文献标识码A文章编号0254-6094(2015)02—0266-03在压力容器制造过程中，错边量是检验其质量的重要技术指标，特别

2、是简体与封头的连接环缝(错边结构)常出现错边量超标现象，使应力集中更加突出，导致产品合格率下降。而电测法作为实验测定应力应变的常用方法，用于测定压力容器各点处的应力应变更加普遍。某厂制造的压力容器因加工制造误差和筒体与封头不等厚导致筒体与底封头连接部位的错变量超过GB150-1998所允许的B类接头的最大错边量。针对这一现象，笔者采用电测法和有限元分析法相结合的方法对错边结构进行检测，然后根据JB4732-1995对其进行强度校核¨。。1电测法电测法的实验原理是：将电阻应变片(又称电阻片或应变片)牢固

3、地贴在构件表面，当构件发生变形时，应变片随着一起变形，利用电阻片的应变效应使应变变化转化为电阻变化；然后利用电阻应变仪把应变片的电阻变化率转换成电压变化，并通过仪器内的放大器加以放大；放大后的电压信号通过应变仪再转换成实际应变量并显示出来。测得电阻应变仪的应变值后对其进行修正：占片=(K仪／K片)‘占仪(1)式中K拉／K片——修正系数；8阵——所测电阻片的真实应变；8档——电阻应变仪的读数。根据广义胡克定律计算测量点的实际应力值，从而求得主应力值，因此电测法是通过测定应变来测试应力的旧一。测点主应力方

4、向已知，在测点沿主应力方向贴两个工作片R1、R2，测定对应的环向应变占7和经向应变8”。由于测点较小，若干工作片共用一个补偿片，这时工作片轮流接人桥路，而公用补偿片却长期通电，可能会因升温使温度补偿效果变差而造成读数漂移，因此将另两个应变片当做温度补偿片。31。贴片方案如图1所示，采用1／4接法，占用两个预调平衡通道。图1压力容器电测法实验装置贴片方案根据广义胡克定律，外壁膜应力盯7和内壁膜应力盯”的计算式为：矿，：土(占，+，占”)(2)矿2『=了L占椰占，Lz’矿”=土1-u(占”+V占’)(3)

5、十何斌，男，1988年8月生，硕士研究生。辽宁省抚顺市，113001。第42卷第2期化工机械267其中，弹性模量E=210GPa，泊松比矿=0．3。错边结构的压力P=1．36MPa。根据实验测定与计算结果，得到的测定结果数据见表1。表1电测法应力测定结果MPa测点1011121314151617182有限元分析法由于该压力容器的错边结构为轴对称结构，因此取结构的二分之一进行分析计算。设计温度195oC，设计压力1．36MPa，筒体与封头的材料均为AISI304(0Crl8Ni9)，常温(200C)弹性

6、模量E=204GPa，泊松比p=0．3，下屈服强度Re。．=368MPa。由于0Crl8Ni8化学成分(表2)与0Crl8Ni9的相似，因此0Crl8Ni8在不同温度下的许用应力s。可以参考0Crl8Ni9的许用应力。由文献[1]可知，当线性插值为195℃时，0Crl8Ni8的许用应力为100．9MPa，屈服极限180MPa。在计算过程中，取材料的许用应力为100．9MPa。表20Crl8Ni8的化学成分和含量％有限元的计算结果是总应力，按照分析设计要求，应根据结构的几何形状将有限元计算应力分为薄膜应

7、力、弯曲应力和峰值应力，然后根据各类应力的产生原因和对结构失效的不同作用，采用不同的强度极限加以限制。笔者采用工程通用的应力分类方法——线处理法对有限元计算应力进行分类n1。利用ANSYS软件建立错边结构的有限元模型，并对其进行网格划分(图2)。筒体侧长度为300mm，单元为8节点等参元，单元沿厚度共3图2错边结构的有限元模型网格划分层，并在错边区域采用多点、密集的网格结构，结线处理错边区域得到的环向应力与周向应力构最终共划分了129个单元，480个节点。对错如图4所示，从图4可以看出：错边处外表面沿

8、着边结构的两端面施加轴向位移约束，并对其中一经向发生了局部塑性变形；远离错边区域，应力迅个端面施加周向位移约束(图3)。速衰减，边缘应力分布与理论分析基本趋于吻合。268化工机械图4有限元模型错边区域环向、周向应力分布3电测法与有限元分析结果比较经过实验计算，错边结构外壁膜应力盯’=140MPa，内壁膜应力盯”=139MPa，将最大主应力与材料屈服极限R乩相比较，盯’+Ol=139+189=328MPa<368MPa，符合强度要求，不需要进一步评定‘5

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