SW6锥形封头计算中若干问题的讨论

SW6锥形封头计算中若干问题的讨论张引峰*胡小芳(温州市工业设计院)摘要对比GB150和SW6软件中关于锥形封头计算方面的主要内容，根据工程设计实际需要指出SW6软件中缺少的计算内容，并分析这些内容的重要性。关键词压力容器锥形封头强度计算中图分类号TQ051．3文献标识码A文章编号0254-6094(2012)04-0469-02在压力容器强度计算中，经常碰到锥形封头的计算，其主要的计算内容包括内、外压校核。笔者对比了GB150和SW6软件中关于锥形封头计算方面的内容，指出SW6软件中根据工程设计实际需要缺少的计算内容，并进行讨论。1SW6中关于锥形封头计算方面的主要内容SW6中关于锥形封头的计算主要包括:能进行锥体部分校核和设计计算，同时检查锥壳和筒体连接部位是否需要加强，如需加强，则SW6将计算出加强段所需的长度和厚度;可根据锥体与大、小端筒体连接处是否能作为支撑线来判断是单独对锥体进行外压计算，还是将锥体与大端或小端筒体联成一体进行外压计算;可以对受外压作用下的锥体在大小端与筒体连接处的加强面积进行校核。2SW6中关于锥形封头计算方面缺少的内容2．1对于受内压的锥形封头SW6中仅给出整个锥形封头的内压计算，包括筒体与大端连接，锥壳、锥壳小端与筒体连接，计算结果给出三者所需的名义厚度。这在一般计算中是可以的，但在大型锥形封头的计算中就存有不足，由于锥体由同一半顶角的几个不同厚度的锥体段组成，此时SW6软件就不能单独分段计算，因为该软件必须输入大、小端筒体才能计算。根据文献［1］的规定，可按各锥壳大端内直径代入锥壳计算公式中进行计算，而不考虑锥壳连接的不连续问题。但是SW6中无此项计算，设计者只能按GB150中的要求手工计算［1］。2．2对于受外压的锥形封头2．2．1锥形封头外压计算在外压计算时，SW6要求输入大端筒体、锥壳和小端筒体，然后进行计算，即该软件总认为锥体大、小端与筒体是连接的。在实际工程应用中，这种情况较少，一般仅在真空容器上出现。设计者平时遇到最多的是文献［1］中图7-16(b)所示的情形，在锥壳上设置加强圈。此时与锥壳大端连接的是锥壳，与锥壳小端连接的也是锥壳。此时，应按文献［1］进行外压锥壳的计算，但是SW6中没有提供分段外压校核计算，设计者只能按GB150中的要求手工计算。2．2．2锥形夹套封闭处受外压的锥形封头下端为夹套封闭件结构，并不是锥形封头的小端与筒体连接结构，只是受外压的锥体小端。锥体夹套与锥壳连接的封闭线应作为支撑线，可免除惯性矩的计算。SW6没有提供此项单独计算，设计者只能按GB150手工计算。2．2．3锥形封头大端不作为支撑线锥形封头大端不作为支撑线时，按文献［1］中图6-1(c-2)的结构另作设计，SW6也是这样计算的。虽然锥形封头大端可免除惯性矩计算，但是筒体上作为支撑线的加强圈惯性矩必须校核，964第39卷第4期化工机械*张引峰，男，1974年12月生，高级工程师。浙江省温州市，325003。由于计算长度增加，此处所需的惯性矩会比较大，但SW6软件计算时仅校核筒体及锥体的厚度，而忽略该处惯性矩的校核，当厚度校核通过时，就认为校核合格，实际上两端的惯性矩有时是不合格的。2．2．4锥体段加强圈的设计GB150中7．2．5．2条款d指出图7-16(b)所示的加强圈按6．3．1的规定设计。此处加强圈与大端、小端与筒体连接处的加强圈设计不同，SW6应增加此项加强圈的单独计算。否则只能按GB150中第6．3．1条手工计算。2．2．5锥壳与圆筒连接处的加强面积的校核，在外压作用下存在多种不连续应力，文献［2］中指出大端的轴向应力大于环向应力，此轴向应力是由周向弯矩产生。为了保持连接可靠，则要求因结构不连续产生的轴向应力应小于在圆筒上的压缩膜应力。此时要求大端有足够的加强面积，该加强面积的计算应与受内压时锥形封头大端与筒体连接处设计相类似，即应增加此处的厚度来满足大端所需的加强面积，而不是以此处的加强圈面积来弥补，再说按GB陋就简150中图7-16(b)设置的加强圈主要承载轴向弯矩，而锥形封头大端主要承受周向弯矩引起的轴向应力，所以SW6中用此处的加强圈来作为加强面积欠妥，GB150中提及该处的加强面积时讲到锥壳与圆筒上所有能用于加强的截面积都必须在距离锥壳与圆筒连接处为DLδn槡/2的范围内，并且要求加强面积的形心必须在距连接处0．5DLδn槡/2的范围内，并没有说用设置加强圈的方法弥补加强面积，而是在计算大端所需的惯性矩时，将锥壳与圆筒连接处的加强结构作为一个加强圈来考虑。与锥壳大端相同，在锥壳小端，由于结构的不连续，在连接处存在环向应力和轴向应力，但此时由外压引起的环向应力大于轴向应力，同样它也应小于圆筒所承受的压缩膜应力。因此，该处的承载面积也应该由增加此处的厚度来实现，而不是设置加强圈。3结束语对于锥形封头的计算，SW6软件应提供承受内压的锥形封头，可以分段计算锥形封头的厚度;承受外压的锥形封头，在计算锥体上设置加强圈或夹套封闭结构处时，可以独立校核锥体厚度及加强圈惯性矩，而不是一定要输入大小端筒体才能计算;承受外压的锥形封头，当大端不作为支撑线时，要校核筒体上作为支撑线处的惯性矩;承受外压的锥形封头，当大端所需的加强面积不够时，不应将该处的加强圈面积作为加强面积。笔者希望SW6下次改版时能考虑这些因素，从而方便设计者进行锥形封头的强度计算，使用户避免按GB150进行繁琐的手工计算。参考文献［1］GB150-1998，钢制压力容器［S］．北京:中国标准出版社，1998．［2］李世玉．压力容器设计工程师培训教程［M］．北京:新华出版社，2005．(收稿日期:2011-12-13，修回日期:2011-12-20)DiscussionofProblemsConcerningSW6ConicalCoverCalculationZHANGYin-feng，HUXiao-fang(WenzhouIndustrialDesignInstitute，Wenzhou325003，China)AbstractThecontentsconcerningconicalcovercalculationinGB150andthatrelatingtoSW6andnecessarytoengineeringdesignwerediscussed．Keywordspressurevessel，conicalcover，strengthcalculation声明本刊现入编“万方数据———数字化期刊群”和“中国核心期刊(遴选)数据库”，作者著作权使用费与本刊稿酬一次性给付，不再另行发放。作者如不同意将文章入编，投稿时敬请说明。074化工机械2012年