锥形封头过渡段应力的理论分析与设计方法

对折边锥形封头的过渡段部分进行应力分析，提出以无矩理论为基础的常规设计方法，并与现行常规设计方法（国家标准ＧＢ１５０—８９《钢制压力容器》所规定的方法）进行比较，同时研究了计算厚度公式。探讨了现行规范中有关设计公式的来历，为折边锥形封头的设计提供理论依据。

关于折边锥形封头设计问题的研究

研究了ＧＢ１５０８９《钢制压力容器》中有关折边锥形封头的设计方法，阐述了其理论依据。同时认为其中有不合理之处，并对此提出了一些意见供工程人员参考。

高压模拟试验舱的设计及强度分析

高压模拟试验舱能为海洋石油装备提供高压条件下的水密性检验、承压强度检验和疲劳检验,为海洋水下装备关键零部件的深水测试提供硬件条件。依据JB 4732标准设计了一种承压60 MPa的高压舱,依据其特点开发了高压舱分析软件。利用开发的软件对高压舱进行参数化建模和有限元分析,并依据分析结果对高压舱各部件的尺寸进行优化,同时利用单元生死技术对高压舱的焊接过程进行了模拟。分析结果表明,高压舱的最大外径4 786 mm,高度7 500 mm,圆筒体和封头材料选用35Cr Mo材料;焊接过程中高压舱径向膨胀2.233 mm,冷却时径向收缩4.583mm;焊接结束时高压舱残余应力为955 MPa,需进行时效处理以减小残余应力。

对分析设计中二次应力强度限制条件的探讨

对分析设计标准中二次应力的应力强度限制进行了分析，并探讨了金属材料鲍辛格效应对二次应力强度限制条件的影响。

压力容器球冠形端封头的应力分析与设计方法

GB 150.3—2011和JB 4732—1995(2005年确认)给出了圆柱形压力容器球冠形端封头的设计方法,适用范围为内压与许用应力比值p/Sm≥0.002。由于该类结构通常被应用于设计压力很低的容器,工程界希望给出更薄壳的设计方法。介绍了该标准设计方法的理论依据。运用弹性薄壳理论,给出了圆柱壳连接等厚度球冠形端封头的应力分析公式,进行了有限元对比,据此提出可拓展上述现有标准中的工程设计曲线的适用范围,内压与许用应力比值p/Sm由0.002拓展至0.001。基于弹塑性大变形的有限元屈曲分析,说明了其安全性。

压力容器球冠形中间封头的应力分析与设计方法

在我国压力容器标准GB 150.3—2011和JB 4732—1995中,圆柱形压力容器球冠形中间封头的设计方法给出了适用范围为压力p和材料许用应力S_m的比值p/S_m≥0.002的设计系数Q曲线。目前,该方法的适用范围已经不能满足设计的要求,工业界希望得到适用范围更广的设计方法。本文基于弹性薄壳理论,给出了圆柱壳连接球冠形中间封头的应力分析方法。考虑封头凹面受压p_1≠0或凸面受压p_2≠0两种极端情况,对其作应力分析,将设计曲线中p_i/S_m(i=1,2)的范围由≥0.002拓展至≥0.001,并通过有限元解验证了该设计方法的可靠性。

在材料厚度临界值时封头设计厚度的选取

阐述了材料力学性能随板厚范围变化而变化的问题;举例说明当考虑封头加工成形减薄量而增加板厚时,在相同设计温度条件下,由于板厚的增加有些材料许用应力会相应降低,导致封头成形后的最小厚度不能满足强度要求。总结了当封头设计厚度处于相应材料厚度临界值时,设计人员应适当增加最小设计厚度、工艺人员应考虑尽量减小成形减薄量,以保证封头成形后的最小厚度仍能满足强度要求。

基于有限元法的压力容器疲劳强度分析

压力容器长期在交变载荷作用下运行,会产生疲劳破坏。疲劳强度是衡量压力容器抗疲劳破坏的一个重要指标。基于ANSYS软件,分别在不同的工况下(p_w=0~1.55 MPa)对一台压力容器的结构和载荷不连续处、应力集中处等高应力区进行了有限元建模。通过疲劳损伤系数及许用疲劳次数对这些区域疲劳强度进行分析和评定。评定结果是三个高应力区疲劳强度均合格。最后,给出了提高压力容器疲劳寿命的若干改进措施。

基于ANSYS Workbench的压力容器封头设计

针对压力容器平板封头和椭圆形封头,先利用公式进行推导得出二者理论应力值,然后利用ANSYSWorkbench软件对压力容器的平板封头和椭圆形封头进行应力模拟分析,并与理论值进行比较。二者数值相互验证之后,指出在设计压力容器封头时,两种封头在工程应用中的优缺点,为压力容器封头设计提供有效的理论依据。