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压力容器的球形封头和椭圆形封头的应力测定及分析

马亚娟  
【摘要】:论文主要针对我国石油、化工、轻工、交通、食品、制药、冶金、纺织等传统部门所需的过程设备的关键部件-压力容器进行研究。 压力容器可分解为筒体、封头、支座、开孔接管、密封装置、安全附件等,而封头的作用是提供所需的承压空间,根据几何形状的不同,封头可以分为球形、椭圆形、蝶形、球冠形、锥壳和平盖等几种,其中球形、椭圆形、蝶形和球冠形封头又统称为凸形封头。目前运用较为广泛的凸形封头是球形封头和椭圆形封头,球形封头因单位容积的表面积小,且在直径、壁厚和工作压力相同的条件下应力最小,两向薄膜应力相等,而且沿经线是均匀分布的。如果和壁厚相等的筒体连接,边缘附近的最大应力与薄膜应力并无明显不同等优点被广泛用于压力较高、直径较大的高压容器和特殊需要的场合;而椭圆形封头经线曲率变化平滑连续,故应力分布比较均匀,而椭圆形封头深度较半球形封头小得多,易于冲压成型,是目前中、低压容器中应用较多的封头。由于压力容器在社会各行各业的生产、储存、运输等方面具有不可取代的地位,因此,为保证压力容器工作时的安全,对球形封头和椭圆形封头进行应力分析及测定课题的研究是十分必要的。 目前应力分析方法有解析方法、数值方法、实验应力方法。随着科学技术的发展,新的实验应力测定及分析方法不断涌现,如电测法、光弹法、全息光弹法、全息干涉法、云纹法、散斑法等,目前应用最广泛的是电测法和光弹法。而本次研究将以解析法、电测法、有限元分析法分别进行应力分析,这种实验与理论相结合,用实验来验证理论分析的正确性,并借助计算机进行分析的方法,当前被广泛使用。 本文研究的是压力容器的球形封头和椭圆形封头的应力测定及分析。该研究采用的是解析法、电测法、有限元分析法,首先在这些不同方法下分别获得各自的结果,并将所得的结果进行比较分析,指出两种形式的封头在实际应用中应注意的问题。最后将两种形式的封头的受力状况和结构特性进行比较,说明两种形式的封头在压力容器设计中被广泛使用的原因,即球形封头具有受力均匀、应力较小的优点,但深度大,整体冲压成型较为困难;椭圆形封头深度较浅,易于冲压成型,且受力状况仅次于球形封头,而比其他封头好。


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