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球形金属高压容器强度万博max官网手机版_NO.1方法

发布于:2022-01-02 21:54
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     航空航天中,一般用超高强度钢制作薄壁球形容器,以贮存氧、氮气体供人员呼吸及补充座舱大气泄漏,它是生保系统的关键件之一。由于航空航天的特殊要求,气瓶必须壁薄、重量轻、容积大、耐压高,这就存在强度和安全可靠性的矛盾。为此,必须对工作状态下高压气瓶进行精确的强度万博max官网手机版_NO.1,使高压气瓶具备前述特点,以确保高压容器的安全可靠。
     在设计、生产、试验、检验等各环节中,严格地按照技术条件、工艺规范和相配套的质量管理措施所研制的气瓶,其所含缺陷量级一般是在断裂力学所允许的范围内,在规定使用环境条件下是不会发生低应力脆断的。气瓶爆破试验的统计结果证实了破裂起始点均为应力最高、瓶体最薄弱处。因此弹性理论的强度设计仍是优化设计高压气瓶最基本的方法。球形金属气瓶是由经热模锻和机械加工后的两个金属半球焊接而成,轴线两头分别为接近刚性的通气接嘴和工艺孔嘴部分,焊缝和瓶体、接嘴和瓶体之间都有比等厚球壳体区厚的三次样条曲线过渡区,可认为是一轴对称变厚度壳体和实体的组合体,无现成的解析方法可用,设计手册上的经验公式也无法精确分析焊缝接嘴及壁厚过渡区的应力状态。作为算例,本文采用ADINA程序对某球形金属高压气瓶进行了万博max官网手机版,找到了适合于球形气瓶的有效的有限元网格划分方法,对在确保计算精度的前提下,提高计算效率、减少计算量的可能性进行了讨论,验证了优化设计的合理性,得到了一些有参考价值的数据和结论。编制了一套半自动、通用的有限元输入信息生成前处理程序,为设计工作者提供了一种容易掌握的工具,并为断裂力学的进一步分析创造了条件。
     图1所示的结构为二维轴对称体,针对所计算的模型,为了更好地符合曲线边界,本文采用二维8节点等参元对该轴对称体进行离散。并尽量使单元两个方向上尺寸相当,以提计算精度。所编制的前处理ADINA输入信息生成程序仅需输入球体的一些特征尺寸及特征点坐标,单元组内单元疏密和节点都可由参数随意自动调整。
     根据结构特点,共划分十个区域,每个区域为一个单元组(图1)。Ⅰ区为瓶嘴密封接头处,不属于受压壳体,设计上偏安全,边界条件可以简化,由于圣维南原理对较远处的壳体无影响,单元划分可粗一些,Ⅱ区、Ⅹ区也类似,且偏于刚性。Ⅲ区、Ⅴ区、Ⅶ区、Ⅸ区为壁厚由不等厚处到等厚球壳的过渡区域,应力状态较为复杂,单元划分较细。Ⅳ区和Ⅷ区为大部分的等厚球壳区,单元划分较疏,Ⅵ区为焊缝区域,应力状态很复杂,单元划分更细(图2)。
     除瓶嘴和焊缝部分,因直线边界或小区域采用的4节点单元外,其余瓶体部分基本上采用6-7节点等参单元如图3所示。(b)、(c)为不同区域连接处使用的单元。14、23为过球心的半径共线的直线边界。


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