復(fù)合超高壓容器主要參數(shù)對其承壓能力的影響

216

文章編號：1001-3997（2012）09-0216-03

機械設(shè)計與制造

MachineryDesign＆Manufacture

第9期2012年9月

復(fù)合超高壓容器主要參數(shù)對其承壓能力的影響*

袁格俠

（寶雞文理學(xué)院機電工程系，寶雞721007）

TheEffectoftheMainParametersofCompoundUltrahighPressureVesselsonitsLoadingCapacity

YUANGe-xia

（MechanicalandElectricalEngineeringDepartment，BaojiUniversityofArtsandSciences，Baoji721007，China）????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

【摘要】針對縮套后自增強處理的復(fù)合超高壓容器殘余應(yīng)力解析解難以建立的問題，利用開發(fā)

??????????????????????????????????????????????????

??????????????????????????????????????????????????

的雙層縮套筒參數(shù)化接觸有限元模型對復(fù)合筒的縮套過程、自增強加載過程和卸載過程進行有限元仿真�；�于雙線性隨動硬化模型及米賽斯屈服準則，研究了主要參數(shù)縮套過盈量、縮套半徑和徑比（外徑與內(nèi)徑之比）對筒體內(nèi)殘余應(yīng)力分布規(guī)律及最大彈性承壓能力的影響。結(jié)果表明：雙層縮套自增強容器最優(yōu)過盈量和最優(yōu)縮套半徑與雙層縮套圓筒相同；在相同自增強壓力下，與單層筒相比，雙層縮套筒的彈性承壓能力并無明顯的提高。

關(guān)鍵詞：復(fù)合超高壓容器；承壓能力；有限元分析；參數(shù)化

【Abstract】Forsolvingtheproblemsthatitisdifficulttobuildanalyticsolutionsofresidualstressoningofautofrettageofinnerandoutercylindersweresimulatedbyusingparametriccontactfiniteelementmodeloftwo-layervessels.Basedonbilinearkinematichardeningmaterialmodelandmisesyieldcriterion,erradiitoinnerradii），onresidualstressandonthemaxloadingcapacitywereanalyzed.Theresultsshowthatoptimalshrink-fitradiiandradialinterferenceoftheautofrettagedshrink-fitbilayercylindersarethesamewiththeshrink-fitbilayercylinders，andloadingcapacityoftheshrink-fitbilayercylindersarenotbiggerthansingle-layercylindersunderthesameautofrettagedpressure.

KeyWords：CompoundUltrahighPressureVessels；LoadingCapacity；FEA；Parameterization

文獻標識碼：A

中圖分類號：TH16；TQ051.3

theautofrettagedcompoundultrahighvesselaftershrink-fitting,theshrinkfitting,theloadingandunload－

theeffectsofmainparameters，includingshrink-fitinterference,shrink-fitradii，andwallratio（ratioofout－

1引言

為了提高超高壓容器的承壓能力，經(jīng)常使用縮套或自增強這兩種技術(shù)的結(jié)合可進一步均化工作時筒壁上的應(yīng)力分技術(shù)[1-3]。

布，提高容器操作時的安全性[4-5]。對于縮套與自增強技術(shù)相結(jié)合的雙層筒體有兩種處理順序，一種是對內(nèi)外筒先分別進行自增強處理，然后進行縮套，另一種是先縮套后再進行自增強處理�？s套后再進行自增強處理的雙層筒，內(nèi)筒存在切向壓縮應(yīng)力，外筒存在切向拉伸應(yīng)力，使自增強時材料的模型變得復(fù)雜化，以及自增強處理時內(nèi)外筒之間的高度非線性彈塑性接觸問題，使得其殘余應(yīng)力的計算變得十分復(fù)雜，難以得到其較精確的解析解[5]。文獻[6]用數(shù)值方法計算了該類雙層筒的殘余應(yīng)力，主要研究了自增強百分比相同時縮套壓力對殘余應(yīng)力的影響、以及筒體徑比對疲勞壽命的影響。給出了該類雙層筒的殘余應(yīng)力解析解，但由于在計算自增強加載應(yīng)力時未考慮縮套殘余應(yīng)力的存在，其計算結(jié)果誤差較大。利用ANSYS軟件可以實現(xiàn)基于上一個載荷步的求解結(jié)果求解下一個載荷步的優(yōu)勢，利用其APDL語言開發(fā)的縮套雙層筒自增強參數(shù)化接觸有限元模型，在ANSYS平臺下，對雙層筒的縮套和自

＊來稿日期：2011-11-13＊基金項目：陜西省教育廳專項科研計劃項目（2010JK397）；寶雞市2010年科技計劃工業(yè)攻關(guān)項目；

寶雞文理學(xué)院重點科研項目（ZK11066）

????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

的計算方法。

設(shè)計結(jié)果，如表2所示。采用Mises屈服準則。

表１材料屬性

序號1

徑比K=2.25

材料屬性

彈性模量E/GPa屈服極限σs/MPa切線模量Et/GPa彈性模量E/GPa屈服極限σs/MPa切線模量Et/GPa

內(nèi)筒198100020200122020

2

K=4

增強過程進行仿真，分析了縮套過盈量、縮套半徑及自增強壓力對殘余應(yīng)力分布的影響，給出了最優(yōu)縮套過盈量與最優(yōu)縮套半徑

2雙層縮套厚壁筒幾何參數(shù)初步設(shè)計

對雙層縮套厚壁筒首先進行初步設(shè)計，確定其最優(yōu)壁厚和由此確定其自最優(yōu)層間過盈量。然后確定其最大彈性承載能力，

增強壓力。為了研究不同徑比（外徑與內(nèi)徑的比值）對反向屈服的內(nèi)徑均為ri=100mm兩種容影響，對徑比分別為K=2.25和K=4，如表1所示。根據(jù)文獻[1]，最優(yōu)層間半器進行仿真。其材料參數(shù)，

徑、層間過盈量及最大彈性承壓能力（Tresca和Mises屈服準則）

外筒

19810002020099820

復(fù)合超高壓容器主要參數(shù)對其承壓能力的影響.doc下載

久久建筑網(wǎng)m.brightonrobinsfc.com提供大量：建筑圖紙、施工方案、工程書籍、建筑論文、合同表格、標準規(guī)范、CAD圖紙等內(nèi)容。