随着现代石油化工,能源和核工业的发展,圆柱壳开孔接管及补强结构已成为压力容器和管道系统中最常用的结构。由于结构几何参数,制造方法及施加载荷种类变化,使得开孔区-接管区变形和局部应力场的计算变得十分复杂。因此,对开孔—接管—补强结构进行全面的分析成为一个十分重要的课题。本课题是在 PVRC 的资助下,对接管外载荷作用下的开孔-接管及补强圈补强结构的极限载荷进行试验研究。本文的研究工作主要包括以下几方面:1.在不同的接管外载荷作用下,对不同尺寸和结构的正交接管容器进行电测试验,采用数据采集系统测定各测点的应变值和接管不同的位移,通过绘制载荷-位移曲线和载荷-应变曲线确定极限载荷的大小。2.对与试验模型具有相同结构参数的容器进行三维有限元分析,并得出相应的分析结果。3.在压力容器开孔补强的薄壳理论分析中,通常假设补强圈与容器壳体之间没有接触,其间的接触力对于应力分布的意义和影响尚不清楚。本文采用有限元分析方法对壳体-补强圈之间的接触行为进行了研究,阐述了接触压力的特性以及接触压力对极限载荷的影响,并对计算结果进行了误差分析。4.试验结果和有限元解进行对比分析,通过绘制开孔接管补强区弹性应力分布曲线研究其应力分布规律,考察补强圈对开孔接管补强区应力分布和极限载荷的影响。5.采用有限元分析方法,建立系列化、参数化模型,得到可供工程应用的极限载荷的经验公式,并应用统计学原理和工程实例进行检验,验证经验公式的正确性和有效性。通过上述诸方面的研究得出以下结论:1.在接管横向弯矩作用下,接管与筒体相贯区以及补强圈边缘是可能的危险区,筒体-接管横向截面为危险截面。 I<WP=4>南京工业大学硕士学位论文 摘要2.接管和筒体的横截面应力分布呈现一定的对称性,即当一侧承受拉应力为主时,另一侧必然承受压应力。3.孔边的应力集中具有明显的局部性,应力集中区域的应力随着离开孔边距离的增大迅速衰减到正常部位的应力水平。4.相对于无接触元的有限元分析而言,有接触元的分析结果可以更好地预测补强圈补强结构的应力分布规律。5. 补强圈补强结构有效地改善了筒体-接管区的应力分布情况,提高了结构的极限承载能力,是一种有效的补强结构。6.由载荷-位移曲线确定的结构的极限载荷值和由载荷-应变曲线确定的结构的极限载荷值是相吻合的。因此,为了简化方便起见,今后的研究工作中,可直接用位移-载荷曲线确定其极限载荷。7.验证结果表明,极限载荷经验公式具有足够的精度,可以用于工程设计。