1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

压力容器设计是一个创新意识非常活跃的工程领域,它紧跟着科学技术的发展而不断地更新设计方法。随着弹性理论、板壳理论和线性有限元分析方法的成熟,20世纪60年代,压力容器界提出了基于弹性应力分析和塑性失效准则的”弹性应力分析设计方法”。^[1] 进入21世纪后,由于塑性理论和非线性有限元分析方法的日趋成熟,欧盟标准^[2]和asme规范^[3]又先后推出了压力容器的塑性分析设计方法。霍奇的专著^[4-5]是关于板壳结构极限分析基本理论和解析解的经典著作。压力容器的设计应当安全、可靠、经济。系统设置安全阀时,压力容器的设计压力 p 与工作压力 pw 和安全阀整定压力 pz 有关。^[6] 压力容器在承压状态下工作, 并且所接触的介质多为高温或易燃易爆物。 它们在使用过程中一旦发生事故, 就会危及正常生产, 甚至可能引起火灾、 中毒、 爆炸等恶性事故, 给人们的生命财产造成不可估量的损失。 因此在设计压力容器或进行压力容器安全评价时, 应遵循合理的失效准则, 确定应力达到什么程度时, 压力容器将达到安全使用上限。^[7] 平封头厚度计算以弹性力学圆形平板应力分析为基础,在理论分析时平板的周边支承被视为固支或简支。^[8]但实际上平盖与圆筒连接时,真实的支承既不是固支也不是简支,传统的压力容器设计理论认为是介于之间的。因此工程计算时常采用圆平板理论为基础的经验公式,通过修正系数来体现平盖周边的支承情况。^[9] 平封头是工程中广泛使用的封头结构之一。它具有结构简单、制造方便等特点。^[10]但美中不足的是平封头设计厚度往往很大,为了减薄平板的厚度,工程上常采用加强筋结构。但是对于这类平封头的设计,国家没有相关的标准,大多数都是根据经验设计的。即使支承在正交等距离支柱上的矩形平板,其挠度和应力的函数解也是相当的复杂。对于此类平封头,由于支撑的不规则性,目前还没有函数解。^[11]所以我们运用ansys有限元分析程序对平封头进行分析。^[12] 物体受到荷载作用后将产生变形。当荷载不大时,卸载后物体的变形可以全部恢复,即保持原有的形状和尺寸,这种可以全部恢复的

变形称为弹性变形^[13,14],此时物体处于弹性阶段。^[15] 当荷载超过一定限度时,在物体某些部分内,任意点上的应变将不随应力的消失而恢复,物体将产生不可恢复的变形。这种不可恢复的变形称为塑性变形。^[16-18]有限元法是把连续介质离散成一组单元,

使无限自由度问题转化成有限自由度,利用计算机进行求解。^[19,20] 美国asme委

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

平封头在压力容器中使用很广泛,特别是压力较高直径较小的高压容器及超高压容器,几乎全采用平封头。

在焊接过程中,高温移动热源及之后的快速冷却,使得在焊缝及其附近区域产生了残留的拉应力,由此产生焊接变形和残余应力。为预测焊接变形,采用有限元软件ansys中生死单元技术对压力容器筒体与平板封头单面焊焊接过程进行数值模拟,得出焊缝焊接残余应力、温度场及位移场的分布情况,经过分析可以得出:在焊缝区及熔合区温度极高,远离焊缝温度峰值急剧下降;在熔合区焊接残余应力达最大值,焊根处残余应力较小,在热影响区,沿焊缝方向多为拉应力,垂直焊缝方向多为压应力。

锻制平封头是压力容器平盖的一种,主要用于直径较小、压力较高的场合。锻制平封头在几何上由平板、过渡圆弧和直边段组成。封头的设计计算以圆平板应力分析理论为基础,在平板周边考虑直边段对平板的支撑作用,一般以经验系数（k=0.27）反映周边对平板的影响,故平盖厚度计算公式为：