真空绝热深冷压力容器外压稳定性数值分析与设计计算

摘要

本文在参阅了大量国内外文献及标准的基础上,通过理论分析、数值模拟和外压失稳试验研究,对比研究了国内外压力容器标准用于真空绝热深冷容器外压稳定性的设计计算的差异,探索采用了特征值分析和非线性屈曲分析有限元数值模拟方法,分析得到了典型真空绝热深冷容器外压失稳的临界压力,并得到试验结果的验证,在此基础上研究得到了加强圈形式对临界压力的影响规律,本文的主要工作和研究成果有:
　　(1)对比研究了国内外压力容器标准用于真空绝热深冷容器外压稳定性的设计计算的差异,并针对典型真空绝热深冷容器进行了验证,得到国内的外压计算标准要比国外的计算标准保守。
　　(2)开展了真空绝热深冷容器外压失稳的数值模拟研究。借用有限元分析中的特征值分析、几何非线性分析和非线性弹塑性分析三种方法,建立真空绝热深冷容器的数值分析模型,对两个具体案例进行了外压稳定性的数值计算,得到了深冷容器承受外压时的临界载荷,特征值分析的计算结果和试验结果较为吻合,从而验证了有限元模拟中的特征值分析的合理性。
　　(3)开展了不同型式、惯性矩的加强圈对筒体外压稳定性影响的研究。借用有限元分析的特征值分析和几何非线性分析方法对等边角钢、T型钢和扁钢三种等截面积的加强圈建立的分析模型进行数值模拟计算。研究表明:三种等截面积的加强圈对外压筒体的加强作用是相同的。
　　(4)开展了应变强化技术对筒体外压稳定性影响的研究。借用有限元分析的特征值分析和几何非线性分析对强化前后的筒体进行数值模拟计算,并将强化前后的计算结果进行对比分析。结果表明:当强化压力为设计压力的1.5~1.6倍时,强化后的临界压力较强化前有所降低,降低范围在8％以内。

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第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 真空绝热深冷压力容器结构

1.3 外压容器的稳定性计算和应变强化技术概述

1.4 有限元分析软件

1.5 目前存在的问题及研究方向

1.6 本文主要研究内容

第2章 真空绝热罐体外压稳定性的设计计算

2.1 引言

2.2 外压容器临界压力的确定

2.3 国内外相关标准计算案例的对比

2.4 本章小结

第3章 真空绝热罐体外压稳定性的数值模拟研究

3.1 引言

3.2 屈曲分析

3.3 外压容器的材料试验

3.4 基于ANSYS的外压容器结构的稳定分析

3.5 外压失稳现场试验

3.6 本章小结

第4章 不同型式的加强圈对外压稳定性的影响

4.1 引言

4.2 加强圈的结构参数

4.3 加强圈的理论计算与数值模拟计算

4.4 结果对比与分析

4.5 本章小结

第5章 应变强化技术对容器外压稳定性的影响

5.1 真空绝热深冷容器应变强化技术的发展

5.2 应变强化技术的基本原理

5.3 应变强化技术的强化过程

5.4 应变强化前后的非线性数值模拟分析对比

5.5 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献