壳单元在压力容器分析设计中的应用.pdf

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1、第39卷第5期河北工业大学学报2010年10月vo1．39NO．5JOURNAL0FHEBEIUNIVERSITYOFTECHN0L0GYOetober2O10文章编号：1007—2373(2010)05—0029—05：j=冗单元在压力容器分析设计中的应用陈小辉，董俊华，高炳军(河北12业大学化工学院，天津300130)摘要分别采用体单元和壳单元对内压作用下的斜锥壳过渡区进行了参数化有限元分析计算．计算结果表明，采用壳单元与采用体单元相比，最大MtSES相当应力的位置及大小几乎不变，但局部薄膜应力的相当应力及薄膜加弯曲应力的相当应力均稍偏大．在所计算

2、的参数范围内，局部薄膜应力的相当应力最大偏差为3．2％，薄膜加弯曲应力的相当应力最大偏差为9．14％．可见在大规模压力容器有限元应力分析中，包括总体结构不连续区在内的大部分区域可采用壳单元代替实体单元进行计算，以节省计算资源用于局部结构不连续区的详细分析．这样可在一次分析中同时得到总体结构不连续区及局部结构不连续区较为准确的数值解．关键词斜锥壳；过渡区：有限元；相当应力；单元类型中图分类号TOO51．6；0241．82文献标识码AApplicationofShellElementinStressAnalysisofPressureVesselwithD

3、esignbyAnalysisMethodCHENXiao—hui，DONGJun—hua，GAOBing-jun(SchoolofChemicalEngineering，HebeiUniversityofTechnology,Tianjin300130，China)AbstractTakingadvantageofFEM，parametricstudywasdonefortheknuckleregionoftheslantconicalshellwithbothshellandsolidelementmode1．Itisshownthattheres

4、ultsofshellelementmodelareingoodagreementwiththatofsolidelementmodelforthevalueandlocationofthemaximumMISESequivalentstress，butalittleoverevaluatesMISESequivalentstressesofthelocalmembranestressandmembraneplusbendingstress．Withintheconsideredparameterrange．themaximumdifierenceof

5、MISESequivalentstressiS3．2％fortheloca1membranestressand9．14％forthemem．braneplusbendingstress．So，inlargescaleFEAofpressurevessels，shellelementisaconservativealternativeforthestressanalysisofmainareasincludingthegrossstructurediscontinuousregiontosavethecomputerresourcesfortheloca

6、ldiscontinuousregionswhereeficientsolidelementsarerequired．Inthiswaytheresultscanbeobtainedsimultaneouswithadequateaccuracyforbothgrossandlocaldiscontinuousregionsofthestructure．Keywordsslantconicalshell；knuckleregion；FEM；equivalentstress；elementtype0引言随着计算机辅助设计技术的飞速发展，有限元法越来越多地

7、应用于压力容器的分析设计中．然而在建立有限元模型时，对于需做整体分析的大型设备如固定管板换热器，如果全部使用实体单元建模，计算规模将相当庞大．虽然可采用子模型法解决此类问题⋯，但子模型法需进行二次计算一目一计算过程复杂．为了降低计算费用并得到可靠的计算结果，利用壳单元代替实体单元对包括总体结构不连续区在内的部分结构进行建模，仅对局部结构不连续区利用实体单元建模无疑是一种可选方案，这样做可以在有限计算资源下同时得到总体结构不连续区及局部结构不连续区的较为准确的计算结果．虽然ASMEVII一2指出基于板壳理论的壳单元的计算结果可直接用作薄膜应力及弯曲应力，

8、然而这样做与按实体单元计算并进行线性化处理得到的结果是否具有可比性，或者说利用壳单元的计算结果