噴放罐進(jìn)料口的應(yīng)力分析

杜四宏

(中國(guó)核電工程有限公司鄭州分公司，河南 鄭州 450052)

在石油、化工、醫(yī)藥、化肥等行業(yè)中廣泛使用的壓力容器，常會(huì)因工藝流程的需要而開孔[1]。容器開孔后，容器的材料因被破壞而產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。容器的殼體和開孔處的接管區(qū)會(huì)產(chǎn)生附加的彎曲應(yīng)力，這是結(jié)構(gòu)的不連續(xù)造成的。在容器接管區(qū)域出現(xiàn)相當(dāng)大的應(yīng)力，往往會(huì)造成壓力容器破壞，進(jìn)而成為事故隱患。為了避免這種情況的發(fā)生，在很長(zhǎng)的時(shí)間里，工程設(shè)計(jì)人員都盡可能地不在容器上開孔，如果是工藝需要必須開孔，則盡可能開小孔。

如果在壓力容器上開孔，容器與接管相連接區(qū)域的應(yīng)力一般會(huì)很復(fù)雜，因?yàn)槿萜鳉んw材料的整體性遭到破壞，承載面積會(huì)削弱。另外，容器開孔后，接管區(qū)成為總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)區(qū)，在內(nèi)壓荷載的作用下，容器殼體與接管的自由變形將會(huì)出現(xiàn)不一致，這樣就會(huì)產(chǎn)生邊緣應(yīng)力。工程實(shí)際中，通過焊接將開孔處的接管與容器殼體連接在一起，這時(shí)，焊縫的厚度以及焊縫處出現(xiàn)的過渡圓角等，會(huì)在容器結(jié)構(gòu)中形成局部不連續(xù)區(qū)，不連續(xù)應(yīng)力由此產(chǎn)生。采用傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)方法求解這類應(yīng)力的過程非常復(fù)雜，工程設(shè)計(jì)人員通常采用實(shí)驗(yàn)測(cè)試法、應(yīng)力集中系數(shù)法、數(shù)值解法等來計(jì)算局部應(yīng)力[2]，差分法、變分法、有限單元法等則常用于工程計(jì)算中的數(shù)值求解。

近年來，F(xiàn)inite Element Analysis（FEA）方法為解決工程中的棘手問題提供了有效途徑。Finite Element Analysis（FEA）的基本思路是將實(shí)際結(jié)構(gòu)體劃分為很多的小單元，這些單元相互連接的點(diǎn)叫節(jié)點(diǎn)。……