上海申江压力容器有限公司在前不久,承接了一项制作直径为25.15m,高度为3.05m,无顶盖的不锈钢热盐水储气罐业务。根据用户的要求,这一特大型储气罐,拟采用“镶肩型”结构,即由一个硬质镶肩与一个软质镶肩,相应组合拼装而成。
由于圆柱壳体的尺寸精度要求很高,必须保证在0.001R以内(R是圆柱体贮罐的半径),并且其间采用紧配合方式,而不能采用粘结工艺,因而在对这种特殊结构的设计及制作方面,都提出了很严格的要求。若采用常规的设计方法,是很难达到性能的设计要求的。
基于上述情况,该公司采用了“非线性有限元素分析设计方法”(FEA),对这种所用材质为各向异性材料,形状又较为复杂的制品,进行了特殊的产品设计方法。
上海申江压力容器有限公司采用了美国结构研究和分析公司的COSMOS系统,并建立了专门的FEA分析模型。由于“镶肩”结构和壳体,均呈轴对称形状,因而上海申江压力容器有限公司对于申江牌储气罐的底部、“镶肩”、粘结件和壳体等,都运用轴对称的,以大型移动平板为元素的设计模型。
这些有限元素在环向、轴向,或者在径向上,均呈现各向异性的性能。以开口面的模型作为基面,这一开口元素沿镶肩,自下而上地开展,自动设计出基础面和镶肩之间的表面形状。
这样的计算方法,经实践证明不但较为切合实际,而且比较准确。
该套FEA设计方法,还可按预先设定的时间程序,对贮罐所受不同形式的力及其所产生的压力情况,进行正确的应力分析。
为了计算出由于形变所引起的刚度变化,在每一个时间内,将改变其所用的刚度矩阵。通过计算所得的结果,不仅能表示出所受应力的数值,而且能反映出这种特大型贮罐上,“硬镶肩”的性能表现情况。
据介绍,这种新设计的镶肩结构,至少对三种类型的位移,起到有效的比较重要的效用。
FEA方法,还可对贮罐低位人孔进行应力分析,也可计算出风力和地震所产生的应力的大小。由于人孔处应力较为集中,其周围元素的密度将得到加强,以便改善其计算的准确度。人孔设计模型,将与壳体增强材料、法兰和盖子等,形成一个整体的结构。
据该公司介绍,这种高元素密度的设计方法,也同样适用于其他“镶肩型”的部件。所采用的FEA软件,可应用于多种载荷状态,并可计算出它所受的应力和形变情况。对于风力和地震的情况,在所建的新设计模型中,均作为正向压力处理。由于贮