復合超高壓容器主要參數對其承壓能力的影響

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文章編號：1001-3997（2012）09-0216-03

機械設計與制造

MachineryDesign＆Manufacture

第9期2012年9月

復合超高壓容器主要參數對其承壓能力的影響*

袁格俠

（寶雞文理學院機電工程系，寶雞721007）

TheEffectoftheMainParametersofCompoundUltrahighPressureVesselsonitsLoadingCapacity

YUANGe-xia

（MechanicalandElectricalEngineeringDepartment，BaojiUniversityofArtsandSciences，Baoji721007，China）????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

【摘要】針對縮套后自增強處理的復合超高壓容器殘余應力解析解難以建立的問題，利用開發(fā)

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的雙層縮套筒參數化接觸有限元模型對復合筒的縮套過程、自增強加載過程和卸載過程進行有限元仿真。基于雙線性隨動硬化模型及米賽斯屈服準則，研究了主要參數縮套過盈量、縮套半徑和徑比（外徑與內徑之比）對筒體內殘余應力分布規(guī)律及最大彈性承壓能力的影響。結果表明：雙層縮套自增強容器最優(yōu)過盈量和最優(yōu)縮套半徑與雙層縮套圓筒相同；在相同自增強壓力下，與單層筒相比，雙層縮套筒的彈性承壓能力并無明顯的提高。

關鍵詞：復合超高壓容器；承壓能力；有限元分析；參數化

【Abstract】Forsolvingtheproblemsthatitisdifficulttobuildanalyticsolutionsofresidualstressoningofautofrettageofinnerandoutercylindersweresimulatedbyusingparametriccontactfiniteelementmodeloftwo-layervessels.Basedonbilinearkinematichardeningmaterialmodelandmisesyieldcriterion,erradiitoinnerradii），onresidualstressandonthemaxloadingcapacitywereanalyzed.Theresultsshowthatoptimalshrink-fitradiiandradialinterferenceoftheautofrettagedshrink-fitbilayercylindersarethesamewiththeshrink-fitbilayercylinders，andloadingcapacityoftheshrink-fitbilayercylindersarenotbiggerthansingle-layercylindersunderthesameautofrettagedpressure.

KeyWords：CompoundUltrahighPressureVessels；LoadingCapacity；FEA；Parameterization

文獻標識碼：A

中圖分類號：TH16；TQ051.3

theautofrettagedcompoundultrahighvesselaftershrink-fitting,theshrinkfitting,theloadingandunload－

theeffectsofmainparameters，includingshrink-fitinterference,shrink-fitradii，andwallratio（ratioofout－

1引言

為了提高超高壓容器的承壓能力，經常使用縮套或自增強這兩種技術的結合可進一步均化工作時筒壁上的應力分技術[1-3]。

布，提高容器操作時的安全性[4-5]。對于縮套與自增強技術相結合的雙層筒體有兩種處理順序，一種是對內外筒先分別進行自增強處理，然后進行縮套，另一種是先縮套后再進行自增強處理�？s套后再進行自增強處理的雙層筒，內筒存在切向壓縮應力，外筒存在切向拉伸應力，使自增強時材料的模型變得復雜化，以及自增強處理時內外筒之間的高度非線性彈塑性接觸問題，使得其殘余應力的計算變得十分復雜，難以得到其較精確的解析解[5]。文獻[6]用數值方法計算了該類雙層筒的殘余應力，主要研究了自增強百分比相同時縮套壓力對殘余應力的影響、以及筒體徑比對疲勞壽命的影響。給出了該類雙層筒的殘余應力解析解，但由于在計算自增強加載應力時未考慮縮套殘余應力的存在，其計算結果誤差較大。利用ANSYS軟件可以實現基于上一個載荷步的求解結果求解下一個載荷步的優(yōu)勢，利用其APDL語言開發(fā)的縮套雙層筒自增強參數化接觸有限元模型，在ANSYS平臺下，對雙層筒的縮套和自

＊來稿日期：2011-11-13＊基金項目：陜西省教育廳專項科研計劃項目（2010JK397）；寶雞市2010年科技計劃工業(yè)攻關項目；

寶雞文理學院重點科研項目（ZK11066）

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的計算方法。

設計結果，如表2所示。采用Mises屈服準則。

表１材料屬性

序號1

徑比K=2.25

材料屬性

彈性模量E/GPa屈服極限σs/MPa切線模量Et/GPa彈性模量E/GPa屈服極限σs/MPa切線模量Et/GPa

內筒198100020200122020

2

K=4

增強過程進行仿真，分析了縮套過盈量、縮套半徑及自增強壓力對殘余應力分布的影響，給出了最優(yōu)縮套過盈量與最優(yōu)縮套半徑

2雙層縮套厚壁筒幾何參數初步設計

對雙層縮套厚壁筒首先進行初步設計，確定其最優(yōu)壁厚和由此確定其自最優(yōu)層間過盈量。然后確定其最大彈性承載能力，

增強壓力。為了研究不同徑比（外徑與內徑的比值）對反向屈服的內徑均為ri=100mm兩種容影響，對徑比分別為K=2.25和K=4，如表1所示。根據文獻[1]，最優(yōu)層間半器進行仿真。其材料參數，

徑、層間過盈量及最大彈性承壓能力（Tresca和Mises屈服準則）

外筒

19810002020099820

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