溫度場(chǎng)作用下有初始間隙的補(bǔ)強(qiáng)圈接觸特性和應(yīng)力分析

(惠生工程(中國(guó))有限公司，上海 201210)

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壓力容器殼體上開(kāi)孔接管的存在，一方面削弱了殼體本身的承載能力；另一方面在接管與殼體連接處因結(jié)構(gòu)不連續(xù)性產(chǎn)生較大的附加局部高應(yīng)力，極大地削減了此區(qū)域的強(qiáng)度而成為最薄弱的環(huán)節(jié)[1-5]。補(bǔ)強(qiáng)圈作為一種經(jīng)濟(jì)有效的補(bǔ)強(qiáng)措施得到廣泛應(yīng)用，可用來(lái)降低容器局部薄弱區(qū)域的高應(yīng)力，進(jìn)而提高容器的整體強(qiáng)度和承載能力。多年來(lái)，壓力容器應(yīng)力分析一直沿用經(jīng)典的薄殼理論，在對(duì)開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)區(qū)域進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)時(shí)，將其分為殼體、接管和補(bǔ)強(qiáng)圈三部分，并通過(guò)在連接處建立變形協(xié)調(diào)及力的平衡方程求解此處的位移和應(yīng)力，但前提是假設(shè)補(bǔ)強(qiáng)圈與殼體之間沒(méi)有相對(duì)位移和轉(zhuǎn)動(dòng)；也未考慮相互間存在的接觸行為[6]。然而在補(bǔ)強(qiáng)圈的實(shí)際制造和安裝過(guò)程中不可避免會(huì)存在一定的間隙，載荷作用下的補(bǔ)強(qiáng)圈與殼體間會(huì)存在一定的相對(duì)位移和轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致與時(shí)間歷程相關(guān)的接觸位置和接觸壓力的變化，同時(shí)溫度場(chǎng)的存在會(huì)使得總體或局部不連續(xù)區(qū)產(chǎn)生較大的溫差應(yīng)力和峰值應(yīng)力，這必然會(huì)對(duì)開(kāi)孔接管區(qū)及焊縫區(qū)的總應(yīng)力分布產(chǎn)生一定的影響[7]。本文基于有限元法，采用特殊接觸單元模擬補(bǔ)強(qiáng)圈與殼體之間的接觸行為，對(duì)有初始間隙的補(bǔ)強(qiáng)圈結(jié)構(gòu)在內(nèi)壓及與溫度場(chǎng)耦合作用下的接觸特性(接觸壓力和接觸位置)和總應(yīng)力變化規(guī)律進(jìn)行分析，以期能夠?yàn)楣こ虒?shí)際提供一定的理論參考和設(shè)計(jì)依據(jù)[8]。……