前情回顾
上次提到了夹套锥壳的计算模型和普通锥壳模型的对比。
其中做了一个分析验证,分析的边界条件是:
采用轴对称模型
在下表面施加Uy=0
夹套内部施加内压2MPa。
得到的结果如下:
其夹套锥壳处的最大应力为186.54MPa。 这个结果真的可信吗?
假如夹套加长
夹套的直段长度用的是500mm,依据是2.5sqrt(Rt)=2.5sqrt(1200*14)=324mm,为了避免直段的影响,所以取了500mm.
但是从云图上看,直段的应力并不均匀,所以推测,直段的影响应该没有完全消除。
试着将夹套直段加长到1500mm,用相同的边界条件试试。
最大应力值增加到239.449MPa。
最大应力值的位置还是在夹套锥壳转角处。
封头部分也带夹套
其实文章刚发出来的时候,吴大声高工就一眼发现了问题所在:
回想一下边界条件,的确,其Uy=0就是一个上下对称结构! 夹套是焊接在筒体上,两端封闭的结构。由于两端封闭,所以轴向力很大一部分被平衡掉了,所以应力值比较低。
如果筒体和封头都被夹套包住会怎么样呢?
为了直观的了解一下,仍旧采用一样的结构,只是加上了封头:
边界条件:
经计算,其结果如下:
最大应力值为727.57MPa,相较于筒体上的夹套最大应力值239.449MPa,增长了很多。
对其最大应力点做穿过夹套的路径,并线性化: 薄膜应力=178.8MPa.
封头上的封板有影响吗?
一般封头上会有一个出口,夹套会有封闭管。这个管口对于夹套锥体有影响吗?
施加对称约束和夹套内压,
求解得到应力分布: 结果扩展如下: 应力值为694.389MPa,最大应力值点还在相同位置。
其值比全部包围的封头略有降低,其降低的原因是:
完全包围的封头是整个夹套截面的内压产生的轴向力由锥壳承担。
部分包围的封头是部分包围的圆环面(承压的最大投影截面)产生的轴向力由锥壳承担,由于承压的最大投影截面是圆环,其面积小了,所以夹套锥壳的轴向力也就小了,应力值相应下降。
规范规定
在GB 150.3规范中,对于封头部分也带夹套的夹套容器,其夹套间隙和封闭环厚度是和仅仅筒体带夹套不同的。
在ASME中,对于筒体上和筒体+封头上的夹套,其封板厚度也是区别对待的。
除了Type1, 带封头的夹套封板,厚度明显要大于仅筒体上有夹套的封板。
总结:
非常感谢吴工指出错误,受力分析,揭示了问题的本质所在。对于上篇的模型和结论,考虑不周,未考虑封头全包模型,实际情况并没有那么夸张。 本应早点更正,无奈项目比较忙,所以姗姗来迟。
经过对比,可以获得如下定性的结论:
夹套仅仅在筒体上,其封闭件受力远远好于带封头的夹套封闭件。且夹套筒体越短,其受力会越好。
当夹套的承压的最大投影截面越大,封闭件所受的轴向力越大。封头全包时,轴向力全部由锥段承受。
夹套锥壳受力是由于锥壳的,按照锥壳来计算太过保守。规范已经有了考虑,按照规范设计即可。
往期回顾:
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