劉 旭
(四川瀘天化弘旭工程建設有限公司 四川瀘州 646300)
橢圓形封頭上的應力分布是連續均勻變化的,因其受力較好且易加工制造,被廣泛用于石油化工設備中,是化工設備的重要部件之一。橢圓形封頭在成形過程中,鋼板受到雙向拉伸作用(見圖1),按照國家標準《壓力容器 第4部分:制造、檢驗和驗收》(GB 150.4—2011)中表4冷成形件變形率控制指標,需要對冷成形橢圓形封頭進行變形率計算[1],來判斷其成形后是否需要進行恢復性能熱處理。國家標準中雖然給出了變形率的計算公式,但是未給出橢圓形封頭冷成形變形率計算的關鍵參數成形后中面半徑(Rf)的取值方法。
橢圓形封頭冷成形變形率的計算按式(1)進行[1]:
變形率(%)=75δ[1-(Rf/Ro)]/Rf
(1)
式中:δ——板材厚度,mm;
Rf——成形后中面半徑,mm;
Ro——成形前中面半徑(對于平板為∞),mm。
分析變形率計算公式(1)可知:成形后中面半徑Rf與變形率成反比關系,其值越小,得到的變形率越大。由于橢圓形封頭曲線的曲率是逐點變化的[2],若得到其最大變形率,就需要求出最小的曲率半徑。
由于橢圓形封頭幾何特征造成經線曲率平滑連續,故封頭中應力分布比較均勻。如圖2所示,經向應力σφ恒為拉應力,且短軸頂點為最大值,長軸端點為最小值。對于緯度方向的周向應力,可能出現負值,在短軸頂點為最大拉應力,長軸端點為最小拉應力或最大壓應力[2]。
在內壓作用下,由于封頭和筒體連接處的幾何不連續,在封頭邊界上產生橫向剪切應力和彎矩,在封頭與筒體連接處附近的封頭上產生局部薄膜應力和彎曲應力。封頭上最大應力發生部位、方向及大小隨著a/b的變化如圖3虛線所示。
從圖3可知:
(1)1.0 (2)1.2