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壓力容器由于輸送燃料和制造工藝要求，通常在底上開人孔及輸送孔等。開孔后的底，因殼壁材料的削弱以及結(jié)構(gòu)連續(xù)性的破壞，在開孔附近要產(chǎn)生一個顯著的高應(yīng)力區(qū)。雖然該區(qū)域是局部的，但對底的承載能力卻有明顯的削弱作用。因此，大開孔的強度計算是壓力容器設(shè)計的一個關(guān)鍵。至今關(guān)于翻邊大開孔的有限元分析方法，國內(nèi)外的資料不多。蘇聯(lián)利用鐵木生柯法蘭盤計算方法計算壓力容器底部人孔法蘭盤強度(即開孔強度)。后來有人利用開孔強度系數(shù)來計算翻邊開孔強度，還有的為簡化計算，把實際結(jié)構(gòu)簡化成直角相交結(jié)構(gòu)。為了進一步分析翻邊大開孔強度，以及分析上述計算方法及簡化的合理性，作了大量計算及試驗分析。
壓力容器球底翻邊開孔附近的幾何參數(shù)，見圖。為了計算翻邊開孔強度，首先要弄清開孔附近應(yīng)力分布，這是開孔強度計算基礎(chǔ)。有限單元、廣義位移及位移函數(shù)選擇不少作者對旋轉(zhuǎn)殼采用截錐殼單元，當單元分得很多時，其精度較高。為了盡量縮短計算時間，單元不宜過多，使用截錐殼會引起較大誤差。為此，我們采用了曲殼單元，其外形與實際結(jié)構(gòu)更為接近，則計算結(jié)果亦將更為精確。對曲殼單元，選定曲殼中面母線的切線方向與:軸的夾角為母線長S的二次函數(shù)根據(jù)克希霍夫假設(shè)，曲殼單元中任意點的位移用中面位移及其微分項表示，則可得到位移—系數(shù)矩陣。由此，便可求得由廣義位移直接表示應(yīng)變和位移的矩陣。有了單元的應(yīng)變、位移特性，材料特性和載荷情況之后，對N個單元求和，便可得總的聯(lián)立方程式。由于矩陣積分一般不能精確解出，必需用數(shù)值積分來實現(xiàn)。通過分析認為，在近似積分中使用辛甫生三點擂值法為好，化時少，且具有足夠精度。考慮到旋轉(zhuǎn)殼單元在無外載情況下可以有軸向平移。為此，對單元剛度矩陣系數(shù)采取了補充修正的技術(shù)，使結(jié)果能更好地滿足平衡條件。利用聯(lián)立方程組求解出位移后，便可進行單元中應(yīng)力計算。為了分析開孔強度，進行了大量計算，典型的應(yīng)力分布規(guī)律見圖。由圖可知，在開孔翻邊處，環(huán)向中面應(yīng)力遠遠大于經(jīng)向中面應(yīng)力，而經(jīng)向彎曲應(yīng)力遠大于環(huán)向彎曲應(yīng)力。為了驗證理論分析結(jié)果，作了大量試驗。試驗表明，理論計算與試驗結(jié)果比較符合，尤其是基準點A的應(yīng)力，理論計算與試驗結(jié)果更為接近。
在翻邊開孔強度分析初期，我們按國內(nèi)外傳統(tǒng)思想，尋找最大應(yīng)力點的表面最大應(yīng)力，以此作為翻邊開孔強度分析的基準，由于該應(yīng)力很大，而且隨結(jié)構(gòu)參數(shù)變化沒有一定的規(guī)律性，再者，有的試件表面最大應(yīng)力比較接近，但破壞壓力相差很大。因此，無法使用最大應(yīng)力點的表面最大應(yīng)力來分析翻邊開孔強度。后來根據(jù)結(jié)構(gòu)的實際特點，提出了三點新看法，較好的解決了翻邊開孔的強度計算。在分析及計算壓力容器強度時，通常首先尋找結(jié)構(gòu)強度薄弱部位，它不但與應(yīng)力大小有關(guān)，而且還與材料及其焊縫性能有關(guān)。因此，強度薄弱部位并不一定出現(xiàn)在最大應(yīng)力部位，應(yīng)當具體問題具體分析。但是目前一些理論書籍及雜志上，往往沒有注意這一點，簡單地認為最大應(yīng)力部位即為結(jié)構(gòu)強度薄弱部位。因此用大量精力去尋找最大應(yīng)力點的最大應(yīng)力。而實際結(jié)構(gòu)的爆破口往往不出現(xiàn)在最大應(yīng)力部位。這樣，必然導(dǎo)致理論分析與試驗結(jié)果存在較大差異。對壓力容器，只要存在焊縫，其破口一般出現(xiàn)在焊縫處，這已為大量試驗證實。因此，本研究提出了從結(jié)構(gòu)的實際出發(fā)，尋找結(jié)構(gòu)強度分析基準點的看法。由圖可知，翻邊開孔附近應(yīng)力分布很不均勻，因此，很自然的提出了到底以哪一點作為開孔強度分析的基準點呢？國內(nèi)外的大量資料均以最大應(yīng)力點作為強度分析的基準點。可是，由于一般材料的焊縫金屬延伸率比基本金屬小，焊縫金屬的平均拉斷應(yīng)變?yōu)榛窘饘俚?0%，而LD10焊縫金屬平均拉斷應(yīng)變僅為基本金屬50%。在受內(nèi)壓時，翻邊圓弧附近的變形不會相差很大，因此從最大應(yīng)變理論分析，翻邊開孔的破口應(yīng)出現(xiàn)在焊縫處。所以，在進行裔邊大開孔強度分析時，以翻邊圓弧與理論法蘭管連接點A(該點在焊縫或焊縫熱影響區(qū))作為強度分析的基準點。
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