内压下薄壁锥壳圆筒过渡段变形特征研究

大锥顶角薄壁锥壳是大型储罐常见罐顶结构。内压作用下,锥壳圆筒过渡段可能会发生屈曲,其变形较复杂。采用千分表和应变计实验测量了壁厚为1.2mm,圆筒内径为950mm,半锥顶角分别为60°和75°的锥壳圆筒过渡段在内部升压过程中的应变及径向位移变化,并且采用3D扫描仪获得表面初始和终态几何形貌。采用有限元分析方法对扫描获得的锥壳圆筒模型(含有真实初始几何形状偏差),进行材料与几何双非线性模拟计算。结果表明:薄壁锥壳圆筒过渡段,在内压作用下将产生明显的屈曲变形,而其屈曲行为具有稳定特征。对含真实初始几何偏差的计算模型进行双非线性模拟所得变形的结果与实验测量值吻合度较好,同时模拟计算得到的过渡段屈曲后形貌(位置、波数和形状)与实验结果相近,其波形呈现一定周期性,但分布并不均匀。

球形封头与圆筒连接过渡段应力分析

为评估球形封头与圆筒连接过渡段的应力水平,采用了解析法对球形封头与圆筒常用的3种连接方式进行了评估。计算结果表明,过渡段结构的应力符合相应标准的规定,且有较大的强度裕量。为了进一步研究过渡段长度和球形封头与圆筒直径差值对该部位应力水平的影响,采用了有限单元法对设定模型进行了应力分析,分析结果显示:过渡段长度在标准规定范围内变化对各类应力的影响很小,结构设计中可不考虑其对强度的影响;球形封头内径与圆筒内径差值越大,过渡段小端一次加二次应力强度和峰值应力强度越大,最大值与最小值之比分别约为1.5和2.0。