碟形封頭與標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭等效性的研究現(xiàn)狀

     使用旋壓方法生產(chǎn)的碟形封頭即近似橢圓形封頭來替代標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭是否可行，國內(nèi)學(xué)者已做了大量的研究并發(fā)表了多篇文章，總體說來有三種觀點(diǎn)。 種觀點(diǎn)是以華東理工大學(xué)丁伯民教授為代表的贊同方觀點(diǎn)，他認(rèn)為只要使用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭樣板測量碟形封頭，其形狀偏差在GB150規(guī)定的范圍以內(nèi)， 可以使用此種碟形封頭替代標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭。丁教授從封頭的應(yīng)力計(jì)算、強(qiáng)度和穩(wěn)定性分析、設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)公式的來源、形狀和尺寸允差的制訂依據(jù)，以及國外相關(guān)規(guī)范對此的規(guī)定等方面的 認(rèn)識出發(fā)，做出明確的結(jié)論。第二種觀點(diǎn)認(rèn)為碟形封頭和標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭分屬兩種不同的封頭，應(yīng)當(dāng)按照各自的設(shè)計(jì)公式進(jìn)行設(shè)計(jì)。文章中對封頭薄膜應(yīng)力進(jìn)行了分析，并且通過對比兩種封頭設(shè)計(jì)公式和描述封頭形狀尺寸偏差7要素等角度說明了兩種封頭不可以等效替代。第三種觀點(diǎn)則認(rèn)為應(yīng)該對現(xiàn)有碟形封頭形狀進(jìn)行 ，提出了幾種新型的碟形封頭來替代標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭。

    這三種觀點(diǎn)的文章都是根據(jù)我國現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)或者ASME鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行一定的分析推斷，沒有根據(jù)橢圓形封頭的實(shí)際受力狀況進(jìn)行具體的應(yīng)力分析與研究?；诒だ碚搶Φ畏忸^的強(qiáng)度分析也因?yàn)榇嬖趦商幭噜彽慕Y(jié)構(gòu)不連續(xù)而很難得到準(zhǔn)確的結(jié)果。

    由于旋壓封頭生產(chǎn)上的便利、 ，國外也有數(shù)名學(xué)者對碟形封頭替換標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的可行性進(jìn)行了研究分析。英國曼徹斯 大學(xué)泰勒教授在70年代末期 對碟形封頭與標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭能否等效替代做了數(shù)值計(jì)算分析，結(jié)果表明，同材料、同壁厚的條件下、幾何形狀 的碟形封頭的臨界失穩(wěn)載荷比標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭要低50%，碟形封頭轉(zhuǎn)角區(qū)容易引起局部屈曲。因此，進(jìn)行等效性研究時(shí)除了考慮強(qiáng)度是否可以 替代，還必須考慮橢圓形封頭在承受內(nèi)壓作用時(shí)的穩(wěn)定性問題。

    M.R.Khoshravan等應(yīng)用大型通用有限元軟件ANSYS對碟形封頭過渡轉(zhuǎn)角區(qū)的屈曲行為進(jìn)行了分析。經(jīng)過大量的模擬計(jì)算，并于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比，得出了碟形封頭臨界載荷與封頭幾個(gè)重要的幾何參數(shù)的關(guān)系。

    從圖1-2可以看出，碟形封頭發(fā)生屈曲的臨界載荷大小隨兒值增大而增大。從圖1-3中可以看出，碟形封頭的極限載荷隨封頭壁厚增加而增大，即殼壁越厚，轉(zhuǎn)角區(qū)越不容易發(fā)生屈曲。

    國內(nèi)如清華大學(xué)的殷雅俊首次應(yīng)用非對稱網(wǎng)格剖分技術(shù)誘發(fā)碟形封頭的屈曲行為，采用Riks算法捕捉完整的屈曲及后屈曲路徑，分析屈曲載荷和屈曲形態(tài)。發(fā)現(xiàn)屈曲載荷和屈曲形態(tài)都對幾何參數(shù)和物理參數(shù)比較敏感。其中屈曲載荷隨r增大而增大，隨L減小而增大．其結(jié)果與上述田外文獻(xiàn)的結(jié)果基本是一致的。浙江大學(xué)陶偉明教授采用非線性有限元法，分析了由初始幾何缺陷引起的薄壁壓力容器在內(nèi)壓作用下橢圓形封頭過渡區(qū)的局部彈塑性屆曲。當(dāng)缺陷與筒半徑的比為1：201時(shí)，碟形封頭過渡區(qū)即出現(xiàn)內(nèi)壓屈曲失穩(wěn)．可見碟形簿壁承壓容器在內(nèi)壓下的穩(wěn)定性對初始位移缺陷是很敏感的．因此在設(shè)計(jì)薄壁橢圓形封頭時(shí)尤其要注意其穩(wěn)定性是否滿足要求。