優筋布置矩形箱體應力及變形分析

張 帥,李慶生

(南京工業大學機械與動力工程學院,南京 211816)

矩形箱體在化工、能源、電力及環保等領域得到廣泛應用。在工業生產中,由于矩形箱體制造簡單,空間利用率高,故常使用矩形箱體盛裝液體工質,在箱體設計時,應考慮到矩形箱體體積大,壁面承受液柱靜壓力的情況[1]。相對常規圓形或長圓形截面箱體,矩形箱體有著更復雜的受力情況,且承壓能力更弱,需要在箱體上進行加筋布置,以提高矩形箱體的強度與剛度。然而,對于矩形箱體的加筋選取和布置,以往都是憑借經驗進行,會造成材料利用不合理的現象,導致產品的可靠性、經濟性降低,故需要對矩形箱體加筋布置方案進行合理的優化設計。

學者們對矩形箱體進行了理論計算、數值模擬、實驗研究等方面的研究。Blach A E[2]提出基于“大撓度”理論系數設計方法,考慮端蓋對矩形壓力容器應力的影響,并通過實驗進行驗證,該方法得到理論與實驗結果擬合性較好。李其朋等[3]采用MATLAB優化工具箱中的fmincon函數進行矩形箱體外加強件優化分析,發現箱體焊接外加強圈能夠有效減薄箱體壁厚。孟利宏等[4]采用板殼理論的計算方法對受液體載荷的大型矩形箱體進行加強設計,實現了箱體加強件的合理布置。高明等[5]采用4因素4水平正交試驗對SF6氣箱加筋結構布置進行了分析,通過綜合平衡法對加筋結構參數進行優選,有效降低了箱體結構的應力與變形。

本研究需對矩形箱體進行靜壓工況及試驗工況分析,采用ANSYS APDL語言進行靜壓工況下矩形箱體應力及變形分析,并按照GB/T6451-2015[6]要求對該箱體進行出廠前PT=0.1 MPa試驗工況驗證?！?br>