复杂多孔板有效弹性常数的结构分析方法.pdf

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1、复杂多孔板有效弹性常数的结构分析方法王珂。刘彤。董其伍(郑州大学热能工程研究中心，河南郑州450002)摘要：基于弹性薄板理论给出了基于模态分析、最大挠度等效和总应变能等效确定复杂孔板有效弹性常数的方法，提出了具有普适性的多孔板有效弹性常数与有效质量比或有效承载分数之间的关联式，根据有限元结构分析结果，评价了3种方法与ASME规范方法的一致性。结果表明，这些方法可用于分析各种复杂孔形和各种排布方式下的多孔板强度评价和振动控制问题。关键词：多孔板；有效弹性常数；结构分析中图分类号：TQ055．8文献标识码：A文章编号：1001—4837(20

2、10)05—0010—05doi：10．3969／j．issn．1001—4837．2010．05．003StructuralAnalysisMethodstoDeterminetheEfectiveElasticConstantsforPerforatedPlatesWANGKe，LIUTong，DONGQi—WU(ThermalEnergyEngineeringResearchCentre，ZhengzhouUniversity，Zhengzhou450002，China)Abstract：Basedonthetheoryofelast

3、icthinplatesandshells，theconceptofequivalentisotropicsolidplateisproposedtodeterminetheeffectiveelasticconstantsoftheperforatedtubesheet．Themethodologybasedonthemodalanalysis，maximumdeflectionandstrainenergyoftheplatesisdescribed．Theuni—versalrelationshipbetweentheeffectiv

4、eelasticconstantsandthemassfractionisestablished，whichcanbeusedforperforatedplateswitharbitraryholeshape．Onthebasisoffiniteelementsimulation，thecon—sistencyoftheeffectiveelasticconstantscalculatedbyabovethreemethodsandthemethodsuggestedintheASMEcodeisevaluated．Theresultssh

5、owthattheproposedstructuralanalysismethodsareappliea-bleinstrengthandvibrationanalysisofallkindsofcomplicatedperforatedplates．Keywords：perforatedplate；effectiveelasticconstants；structuralanalysis的。关于圆形孔板强度计算问题，文献[1～4]已1引言就其理论分析和试验研究做过不少工作，提出了通过弹性常数等效将多孔板当量化成均质实体板多孔板类结构在核电设

6、备和其他过程设备中进行力学分析的方法，给出了常见圆孔板有效弹应用十分广泛，如蒸汽发生器管板、支撑板、换热性常数工程设计公式和曲线，并对换热器管板制器管板、折流板和流程设备中的过流板等。由于定了规范。对于圆孔多孔板，由于研究方法、大量密集孑L的存在，多孔板强度受到了很大削弱，模型不同，结果存在一定的差异。然而非圆孔多其强度安全和可靠性问题一直是设计人员所关心孔板在工程中也经常用到，图1示出复式孔、卫星第27卷第5期压力容器第210期式孔板和叶形孑L板结构，均为蒸汽发生器多孔板中的常见孔形。非圆孔多孔板强度计算问题的研且：D=以=警c3究很少，

7、缺乏相应的设计标准与分析方法。根据式中D——圆平板抗弯刚度，Nm需要，非圆孔多孔板孔形和开孔方式可以采取多E——板材弹性常数，MPa种方式，因此，采用常规理论方法很难解决非圆孔t，——泊松比多孔板强度计算问题。——板厚度，m∞——自振圆频率，rad／sP——板单位面积质量，kg／m——材料容重，N／mg——重力加速度，m／s豳一对于固支、简支矩形板、圆平板等，无论是精确解或者采用Rayleigh—Ritz法给出的固有频率计算公式均可统一表达成：I}=^、／_Ds(4)式中l卜板固有频率，Hz黼辫A——与板几何、边界和自然频率阶数有关的函数，

8、对于给定板结构，A为常数图1支撑板孔型(复式孔、卫星式、三叶孔、四叶孔)将式(3)代入式(4)，可得：要计算多孔板结构强度和动态特性，必须对f=ah(5)模型进行适当的简化处理。