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        基于ANSYS Workbench的真空管道屈曲分析

        来源真空技术网www.ismp.tw中国船舶重工集团公司第七一八研究所作者张剑刚

        利用ANSYS Workbench 对某装置中设计的真空管道进行了屈曲分析并把有限元分析结果和解析法计算结果进行对比验证了有限元屈曲分析的可靠性同时提出真空管道优化设计方法并对优化结果进行校核计算结果表明?#21644;?#36807;合理设置加强圈既能?#34892;?#25552;高真空管道抗外压失稳能力又能减轻管道重量从而显著降低制造成本

        大型真空管道为薄壁结构件其主要失效形式不是强度失效而是失稳失效所谓的压力容器失稳是指压力容器所承受的载荷超过某一临界值时突然失去原有几何形状的现象研究外压容器稳定性的目的在于研究容器的临界压力及相应的失稳模态以改进加强措施提高结构的抗失稳能力由于外压容器很难进行外压试验直接考核大型外压容器承受外压时的稳定性是不现实的因此大型外压容器的稳定性计算往往多采用理论或有限元分析方法

        ANSYS软件是融结构流体电场磁场声场分析于一体的大型通用有限元分析软件在压力容器的屈曲稳定分析中有着广泛的应用它提供了两种预测结构屈曲临界载荷和屈曲模态的技术一种是特征值屈曲分析可以预测结构屈曲形状得到失稳临界载荷的上限另一种是非线性屈曲(包括几何非线性和几何及材料双非线性)分析使用非线性技术模型中就可以包括诸如初?#26082;?#38519;塑性行为间隙大变形响应等特征因此非线性屈曲分析更接近工程实际的真实情况

        本文利用特征值屈曲分析和非线性屈曲分析方法对某装置中设计的真空管道进行屈曲分析并把有限元分析结果和解析法计算结果进行对比得出真空管道稳定性的分析结论同时提出真空管道优化设计方法为提高真空管道安全性和结构设计合理性提供了依据

        3真空管道优化设计

        在既定?#26412;?#19982;材料条件下提高外压容器的临界压力可通过增加筒体厚度或减小计算长度方法从减轻容器重量节约成本出发减小计算长度更有利在结构上即是在圆筒的内部或外部相隔一定的距离上设置加强圈

        真空管道可通过合理设置加强圈数量及位置来减小壁厚使其重量在满足稳定性条件下得到优化经反复计算比较后优化后真空管道设计参数如下 筒体壁厚δ=10mm 外加强圈为高度H=100mm 厚度B=16mm 的扁钢数量N=3加强圈沿筒体轴向等距均布其结构示意?#26082;?#22270;5 所示

        筒体带加强圈优化后结构示意图

        图5 筒体带加强圈优化后结构示意图

        有限元分析中非线性屈曲分析更接近工程实际的真实情况因此采用非线性屈曲分析对带加强圈真空管道进行稳定性校核得出真空管道临界压力Pcr=0.4407MPa根据式(1)计算可得其许用应力[p]=0.147MPa>0.1MPa因此满足稳定性要求真空管道优化设计后重量对比结果如表2 所示优化后重量比原设计方案显著减小

        表2 真空管道优化前后重量对比

        基于ANSYS Workbench的真空管道屈曲分析

        4结论

        (1)三种分析结果中特征值法分析结果较大非线性屈曲分析结果较小更接近解析法分析结果因此从设备安全使用方面考虑特征值法不建议直接用于工程实际工程上采用特征值法分析的结果乘以一定的折算系数来替代非线性屈曲分析从而得到相对保守的结果也是可以的

        (2)在真空管道设计中可以通过设置加强圈的方法来提高其临界压力既能提高其稳定性又能减轻整体重量从而?#34892;?#38477;低制造成本

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        http://www.ismp.tw/material/pipeline/037165.html

        与 真空管道 真空管道 相关的文?#34385;?#38405;读

        真空管道http://www.ismp.tw/material/pipeline/

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