新型型槽绕带容器的承力性能分析及试验研究

论文摘要

新型型槽绕带容器是一种新型的缠绕式压力容器结构,它克服了德国的型槽绕带式压力容器和扁平绕带式结构的一些不足,具有一定的发展优势。本文首先对近代高压厚壁容器的筒体制造技术的发展进行了介绍,并对这些容器的制造技术及存在的缺点做了分析。与已有的这些单、多层厚壁容器比较,这种新型容器具有承载效果好、焊接与热处理要求少、钢带加工方便等优点,是一种很有前景的结构。其次,通过弹塑性力学理论分析了内筒和钢带缠绕层组合筒体的应力应变状态,并通过简化力学模型,推导出了基于Mises和Tresca屈服失效准则的全屈服压力和爆破压力理论计算公式。又通过ANSYS软件建立了该绕带容器的三维实体模型进行应力计算,并按理想弹塑性材料计算了模型的极限载荷,其结果与理论计算公式计算的相差较小；还对设计工况下结构最大应力部位进行了强度分析,发现这些部位强度均能满足要求；此外,对最大设计压力工况下的筒体还做了疲劳分析。另外,本文首次设计制作了两台新型绕带式压力容器的小型模拟实物容器,进行了内压作用下应力测试和爆破试验,所得到的试验结果与理论分析结果及有限元分析结果三者具有一致性,相差较小。经理论研究分析和初步试验,表明该新型容器具有合理的承力性能,验证了新结构绕带组合筒体环向强度没有削弱,靠带层内的钢带扣合能有效承受内压轴向载荷；与整体容器相比,新型绕带容器的极限承载能力并没有因采用分散的材料结构而有所降低。本文结果将对进一步研究和未来开发和实际应用该型容器提供了一定的理论依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 压力容器的发展趋势
• 1.2 新型型槽绕带容器的研究发展
• 1.3 本文主要研究内容
• 1.4 本文研究的目的和意义
• 第二章 高压厚壁容器筒体制造技术及发展分析
• 2.1 高压厚壁容器筒体制造技术的发展历程
• 2.2 新型型槽绕带容器
• 2.2.1 结构组成及缠绕装置
• 2.2.2 结构特点
• 2.3 小结
• 第三章 新型型槽绕带容器的力学分析
• 3.1 组合筒体力学模型建立及基本假设
• 3.1.1 "山"形钢带
• 3.1.2 钢带层与内筒的轴向应力计算
• 3.1.3 钢带层与内筒的接触压力计算
• 3.1.4 内压作用下内筒环向和径向应力计算
• 3.1.5 内压作用下钢带层环向和径向应力计算
• 3.2 爆破压力的计算
• 3.2.1 环向爆破压力的计算
• 3.2.2 轴向爆破压力的计算
• 3.3 小结
• 第四章 新型型槽绕带容器的有限元模拟
• 4.1 有限元模拟方法
• 4.1.1 有限元方法简介
• 4.1.2 ANSYS软件简介及其分析流程
• 4.2 新型型槽绕带容器的结构分析
• 4.2.1 模型的单元选择
• 4.2.2 结构尺寸及材料性能
• 4.2.3 筒体模型及网格划分
• 4.2.4 接触对的建立及边界条件的施加
• 4.2.5 极限承载分析
• 4.2.6 极限加载过程中的应力变化云图
• 4.2.7 疲劳分析
• 4.3 小结
• 第五章 新型型槽绕带容器的爆破试验
• 5.1 实验模型的结构
• 5.2 实验准备及试验过程
• 5.2.1 试验容器表面处理
• 5.2.2 贴片
• 5.2.3 应变片、接线端子和导线的焊接
• 5.2.4 应变仪的连接
• 5.2.5 数据测量
• 5.3 数据处理及分析
• 5.4 容器爆破试验及结果分析
• 5.5 误差估算
• 5.6 实验容器有限元分析
• 5.6.1 模型及网格划分
• 5.6.2 极限载荷模拟分析
• 5.7 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 作者及导师简介
• 附件