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内压作用下轴向斜接管结构强度特性的研究

焦厚骏  
【摘要】:轴向斜接管结构在石油化工、电力、核工业等行业应用十分广泛。由于轴向斜接管结构破坏了正交接管结构的对称性,在连接区域的应力集中比具有相同结构的正交接管大得多,开孔-接管区成为整个容器的薄弱部位。因其结构复杂,使得全面分析斜接管截交区的应力状态和承载能力变得较为困难。国内外有关学者及专家在这方面进行了大量的试验研究工作,但对大开孔(d/D>0.5)和小角度斜接管结构的研究较少,故目前各国设计规范在斜接管结构设计方面的规定都不够详尽和具体。因此对斜接管结构进行全面的分析研究将具有较高的学术价值和工程意义。 本论文通过电测法和有限元法对内压作用下不同开孔率不同倾斜角度的轴向斜接管圆柱形结构进行试验分析研究,主要内容包括: 1.对三个接管轴线与筒体法线夹角θ分别为30°、45°和60°,相应开孔率d/D分别为0.65、0.47和0.32,接管与筒体安放式焊接结构的轴向斜接管容器进行爆破试验,研究其受内压作用在接管与筒体截交区的应力分布规律,获取最大应力值及其出现的位置,进而得到应力集中系数;以及试验容器的极限载荷、爆破压力及爆破失效位置。 2.对与试验模型具有相同结构参数的容器进行了三维非线性有限元分析,并与试验结果进行了比较。 通过上述的研究,得出了以下几点结论: 1.接管-筒体截交处应力集中明显,最大应力值位于α(α表示在截交相贯线俯视投影上的点离锐角点径向夹角)为30°附近或150-180°所对应的截交区范围内。截交处接管侧与筒体侧具有相对应的应力集中,且应力集中范围相对大于筒体侧应力集中范围。θ较大的斜接管结构,钝角侧附近区域的应力相对锐角侧变大。 2.接管-筒体截交区域为斜接管筒体结构的薄弱部位。锐角侧和钝角侧附近区域极限载荷较小。随内压载荷的增加,接管与筒体轴线夹角变大;θ=60°的斜接管结构,接管远离截交区的一端同时向筒体弯曲。 3.斜接管结构容器的爆破压力比正交结构的爆破压力小。对于不同角度的斜


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