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常規(guī)的壓力容器設(shè)計(jì)是按規(guī)范(例如我國(guó)的GB 150《鋼制壓力容器》規(guī)范)設(shè)計(jì)。它實(shí)際上是以彈性失效為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，因此計(jì)算與分析都是比較簡(jiǎn)單的，但也潛在著一定程度的盲目性。
隨著生產(chǎn)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，容器的建造向大型化方向發(fā)展，按規(guī)范進(jìn)行壓力容器的設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)和局限性越來越顯露出來。人們開始研究并出現(xiàn)了按全面的應(yīng)力分析進(jìn)行設(shè)計(jì)的方法，即“分析設(shè)計(jì)”法。分析設(shè)計(jì)是根據(jù)具體工況，進(jìn)行詳細(xì)的應(yīng)力計(jì)算與分析。其理論基礎(chǔ)是板殼力學(xué)、彈性與塑性理論及有限元法。其優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在：1)考慮了超出彈性范圍以后結(jié)構(gòu)的塑性行為，放棄傳統(tǒng)的彈性失效準(zhǔn)則。引入極限分析與安定分析概念，采用塑性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。2)應(yīng)用數(shù)值分析和實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)，對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的容器整體，包括任何不連續(xù)區(qū)域都可以做詳細(xì)的應(yīng)力分析與計(jì)算。3)按不同性質(zhì)的應(yīng)力分類和失效形式給予不同的限制條件。但要實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)上的安全可靠必須遵循相應(yīng)的規(guī)范。目前，我國(guó)分析設(shè)計(jì)的容器規(guī)范是文獻(xiàn)。
本文討論的內(nèi)壓圓筒上開有大的矩形孔，孔的軸向長(zhǎng)度/圓筒的軸向長(zhǎng)度大于0. 5，已不適宜應(yīng)用GB 150《鋼制壓力容器》規(guī)范，而應(yīng)按照文獻(xiàn)進(jìn)行強(qiáng)度CAE分析。
按照壓力容器分析設(shè)計(jì)規(guī)范，對(duì)于受內(nèi)壓的筒體及加強(qiáng)座結(jié)構(gòu)，其應(yīng)力類型主要有：一次總體薄膜應(yīng)力(代號(hào)P)，一次局部薄膜應(yīng)力(代號(hào)Pl)，一次彎曲應(yīng)力(代號(hào)Pb)，二次彎曲應(yīng)力(代號(hào)Q)和峰值應(yīng)力(代號(hào)F)。對(duì)于不同類型的應(yīng)力應(yīng)給予不同的許用極限加以限制。為了從有限元分析結(jié)果中得到薄膜、彎曲和峰值等應(yīng)力，一般采用點(diǎn)處理法和線處理法。
采用點(diǎn)處理法對(duì)一個(gè)點(diǎn)的應(yīng)力強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)定是最簡(jiǎn)單的方法，相對(duì)而言也是不準(zhǔn)確的方法，往往會(huì)掩蓋潛在的危險(xiǎn)。而線處理法是較新的應(yīng)力強(qiáng)度評(píng)定方法，它主要是利用沿壁厚的一條線的三維有限元應(yīng)力值進(jìn)行擬合，依據(jù)“靜力等效”和“靜彎矩等效”的原理分離出均布應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，進(jìn)而計(jì)算出各類應(yīng)力。
壓力容器分析設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的材料設(shè)計(jì)許用應(yīng)力。兩式中的最小值，幾是常溫下材料的最低屈服極限和最低抗拉強(qiáng)度。國(guó)標(biāo)規(guī)定的安全系數(shù)為n，它們是在總結(jié)以往使用經(jīng)驗(yàn)和參考國(guó)外同類標(biāo)準(zhǔn)以后規(guī)定的。取上述最小值的意義，是既要按1.5保證處于彈性狀態(tài)，控制塑性失效，又需防止發(fā)生斷裂爆破。這不僅有利于提高設(shè)計(jì)許用應(yīng)力，而且又不失安全性。
綜上所述，文獻(xiàn)選取的安全系數(shù)值為：
n=1.5，n1=2.6(在常溫下)，
對(duì)于應(yīng)力強(qiáng)度分析需要評(píng)定以下各種應(yīng)力：
1)總體一次薄膜應(yīng)力S1得到少，
2)局部一次薄膜應(yīng)力S2由P得到少，
3)一次加二次應(yīng)力S3(由PL+Q得到)，
4)峰值應(yīng)力S4(由P+Q+F得到)。
各種應(yīng)力的限制條件不大于材料的許用應(yīng)力S或其一定倍數(shù)。根據(jù)規(guī)范要求：總體一次薄膜應(yīng)力Si，局部一次薄膜應(yīng)力Sz，一次加二次應(yīng)力S3<S5，峰值應(yīng)力的許用極限由疲勞曲線得到的許用值進(jìn)行評(píng)定。壓力容器上加強(qiáng)座材料的a=225 Mpa，故Sr=225/1.5=150 Mpa。
所分析的壓力容器所受的載荷具有軸對(duì)稱性。對(duì)大開孔中心所在的橫剖面，結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)是對(duì)稱的。另外，對(duì)大開孔中心所在的縱剖面，結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)也是對(duì)稱的。因此，本分析計(jì)算取筒體結(jié)構(gòu)的八分之一建立模型和劃分網(wǎng)格，具體模型見圖。
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