1、PDF外文：http:/ 3432 字 用有限元分析法计算压力容器的塑性崩溃负载 P Liu, J Zheng, L Ma, C Miao, L Wu 摘要 ： 本文提出了一种新的理论方法利用有限元分析 (FEA)来计算在内压作用下压力容器的塑性崩溃负载 ， 并 与锅炉压力容器标准中的三个标准 的规定 进行比较。 首先， 利用有限元技术 分析 弧长 算法和 再分析来研究压力容器的塑性崩溃，包括容器材料和几何非线性。其次， 对处于弹性极限的机械性压力容器，运用牛顿 拉富生算法进行分析， 使用两倍的弹性 斜率切线交会法获得容器的极限压力并避免过度变形。最后， 进行弹性应力分
2、析， 并且对压力容器的工作应以强度进行分类。对计算结果与由实验获得结果和其它现有模型进行比较。这种方法为选择容器塑性崩溃的破换准则和计算提供参考。 关键词 ： 塑性崩溃载荷，压力容器，有限元分析（ FEA），分析设计（ DBA） 介绍 压力容器设计的目的是防止各种可能的失败和保证容器的正常运行。通 过限制 作用，几乎实现了压力容器的应力、应变与设计荷载值。在过度内部静压力作用下，容器经历塑性变形并最终崩溃。 目前，一些防止容器设计塑性不稳定的国际准则已被提出，如 ASME(2007)标准和 EN 13445-3(2002)标准。其中 ,ASME
3、规范提出三个标准 ,以防止容器的塑性失稳 ： 弹性应力分析的极限荷载标准 , 分析准则和 弹塑性方案 (Nos. 2006BAK04A02-02 and 2006BAK02B02-08)中国应力分析的准则并获得国家重点科技计划项目。 在弹性应力分析中， 计算应力 被分为一次应力、二次应力和 峰值应力，均受相关准则的限制。 极限载荷分析采用塑性材料容器的小变形，但是没有发生塑性畸变。两倍的弹性 斜率切线交会法是在 ASME(2007)标准和EN13445-3 (2002)标准确定极限载荷的基础上提出的，并推导出应力 应变参数曲线。选择适合的变形参数 不易，特别是当多个载荷作用于容器时。相比之下
4、,弹塑性应力分析 ,考虑到实际的物质和几何非线性的性质 ,可能会导致容器结构总塑性变形前的塑料崩溃。在这种情况下 ,容器的力学性能和承载能力比其它两种方法更实用。因此， 探索一种容器塑性崩溃载荷计算方法是很重要的。 弹塑 性应力分析 的一个重要的问题是在一个指定的安全系数下对容器进行设计计算。已被广泛地开展研究和提出许多方法，入塑形轮廓法 (Payten and Law, 1998)、塑性工作标准 (Muscat et al., 2003)和极限应力法 (Liu et al., 2004)。然而 ,圆切线交会法和两倍弹性斜率法导致的近似的结果，因为真正的塑料不稳定的观点是不完整的没
5、有达到上述计算和推导的应力 -应变曲线。如果后者两种方法相结合可以捕捉到塑料崩溃点。许多研究人员 (1910 年 ；Faupel 特纳高庆宇 ,1956 年 ,克里斯托弗等 ；2002 年 ,ASME,2007 年 ) 进行了理论推导，提出了圆筒形容器塑料崩溃载荷 , 但是不可能处理复杂的大规模容器的管口。 本文提出一个理论方法利用弹塑性有限元分析 (FEA)提出了一种计算塑料容器崩溃负荷 , 容 器的 材 料 和 几 何 非 线性 性 质 被 考 虑 在 内。 弧长 算法(Wempner；Riks,1971 年 ,1997 年 ) 和再分析常使用完整的应力 -应变关系，计算的结果
6、与实验和其他现有模型进行了对比。 有限元分析 ,三种破坏准则 有限元建模 下面集中于图 1 显示的一个容器 的进行分析，在这一过程中，建立一个卡尔坐标。容器包括筒体 、球形封头和两喷嘴 a、 b。其设计压力是 18 个兆帕。利用有限元软件 AN-SYS-APDL 进行有限元参数化。 模型由 三位网状结构 构成。封头的当量应力以封头顶上的面孔喷嘴为代表。有限元网格模型如图 2，其中包括18648 节点和 14289 元素。 位移边界条件 (1) OZ=0 在 XY 平面 ； (2) 0 Y=O 在筒体的底面
7、 ； (3) OX=O 在任何一个节点 ,以消除刚体位移的结构 . 材料 16MnR被认为是各向同性和弹塑性。其力学性能都列在表 1(Wang et al.,2000年 )。 弹塑性应力分析 根据 Remberg-Osgood 强化模型、 16MnR 材料的组织和性能可表示为 (Wang et al.,2000) （ 1） 应变、应力和硬化指数分别为 和 n=9。 在有限元预处理、真实的应力 -应变曲线拟合后引入塑性变形的应力 -应变在ANSYS-APDL 软件中显示 50 离散点。材料的本构关系被显示在图 3。
