新闻速看压力容器基本受压元件强度有限元分析2023/2/20 12:34:47

会呼吸的痛

石油化工用承压设备的大型化以及国外石油化工装置在PMC和EPC过程中，压力容器设计工程规定通常以ASME规范为主，再在其基础上增加工程惯例。本文主要介绍ASME压力容器建造规则中的基本受压元件的强度有限元分析并与GB150作对比。有限元分析的相关资讯可以到我们网站了解一下，从专业角度出发为您解答相关问题，给您优质的服务！

ASME包括压力容器建造规则和压力容器建造另一规则，其中材料的许用应力S和许用应力强度S。由于分析设计使设备不同部位的应力得到控制和合理分配，而且在材料、制造、检验、试验以及质量保证等方面都要比常规设计严格，因此分析设计采用较低材料设计系数。


ASMEV-1规范在1999年的增补中将抗拉强度的设计系数由40改为35，由于炼钢技术、损检测和断裂韧性评价技术的进步，使这种调整并未降低压力容器的安全性。论压力容器的组成如何，其基本受压元件都可以分解为板(平封头)和壳(圆筒体、球壳、椭圆形封头、碟形封头、锥形封头)元件。基本受压元件都有相应的设计准则，了解这些方法的推导过程和力学意义不但可以加深对标准和规范的理解，而且能提高自身的设计水平。


基本受压元件中比较重要的是圆筒体和球壳，其不但是压力容器的常用元件，而且也是锥形封头、椭圆形封头、碟形封头的理论基础，因此对圆筒体和球壳进行受力分析有助于对其他元件的理解。


压力容器所受载荷有压力、温度、地震等，其中在ASME的UG单元中列举了承压设备。设备所受的各种载荷产生的应力可分为：一次应力、二次应力和峰值应力。一次应力是结构为了平衡压力等机械载荷作用而产生的应力，当一次应力超过极限时，即引起设备的破坏，一般称为静力强度失效。二次应力是为了满足相邻元件间变形协调引起的自平衡力系产生的应力，其基本特征是具有自限性。峰值应力是由局部结构的不连续性造成的应力集中加到一次和二次应力上的分量。由于椭球部分和直边段在内压下的变形不同，因此连接处存在边缘应力，在ASME中给出了种应力的分析方法。


在内压P的作用下，圆筒体和球壳中的应力可以用L公式进行计算。


由L公式可以看出，在相同压力下，圆筒体(球壳)越厚，其应力沿壁厚分布越不均匀，因此ASME根据径比K(外径与内径的比值)将圆筒体(球壳)分为薄壁和厚壁两种。ASME中薄壁、厚壁圆筒体(球壳)的计算公式差别很大，但均以L公式为理论基础，其他一些文献也给出了薄壁和厚壁壳体的设计方法。


ASME规范将径比K15的圆筒体划为厚壁圆筒，圆筒划为薄壁圆筒，为便于应用ASME规范对L公式进行调整简化得到圆筒体设计公式。


环向接头厚壁圆筒的接头处一般为薄弱环节，可用轴向应力，对环向接头进行评价。


ASME规范以径比K=1356为界限划分厚壁球壳和薄壁球壳。与圆筒体类似，ASME规范对L公式进行调整简化得到球壳设计公式。


对厚壁球壳(K1356)，控制厚壁球壳内壁处周向应力，采用弹性失效准则，即得ASME规范厚壁球壳的计算式。


椭圆形封头由半椭球体和直边段组成，在椭球部分由于曲率半径变化是连续的，故封头中的应力分布较为均匀，受力情况好于除半球形封头外的其他形式封头。


碟形封头由半径为G的球面部分、半径为：的过渡区和直边段部分组成，在这部分的连接处曲率半径发生突变，在连接处产生边缘应力。


椭圆形封头和碟形封头的比较大应力均位于封头的过渡折边附近，椭圆封头和碟形封头的计算公式。