外壓計算對比
本文就受外壓筒體按GB/T150的方法，EN13445的方法與用ANSYS軟件的線性和非線性分析得出的結果進行比較。
1.計算方法介紹
對于外壓圓筒的計算，GB/T 150分為兩種：長圓筒和短圓筒。計算又分Do/δe≥20和Do/δe<20,其中Do/δe<20又分為Do/δe≥4.0和Do/δe<4.0.因Do/δe<4.0已經不會再發(fā)生外壓失穩(wěn)，而是會因強度不足發(fā)生壓縮屈服失效。本文只討論失穩(wěn)破壞。不討論此部分。由于ASME的方法和GB/T 150基本相同只是長短圓筒的分界不同，計算結果也差別很小不再計算比較。
EN13445的計算方法簡單的說分四步：1）直接采用Mises公式計算得到理論許用外壓Pm--環(huán)向壓縮；2） 取材料正好發(fā)生屈服時的外壓力為Py；3）實際許用外壓為Pr，則Pr/Py = σ/σy ； 4）在曲線上可直接查得Pr/Py
2.實例分析
下面本文就以13年的某項目，前期夾套設計壓力為0.6MPa。但設備做的差不多的時候業(yè)主想把夾套設計壓力由0.6MPa調整到0.8MPa。從而做了部分結構的三種方法的對比。
R40120下部填料段，這是設備的一部分內筒，壓力調整后：設計壓力0.1/FV MPa，設計溫度330℃；夾套：設計壓力0.8MPa，設計溫度330℃。夾套介質為熱油。所以內筒的最大計算外壓為-0.1+-0.8=-0.9MPa 內筒和夾套的材料為S32168.設備內徑1900mm，壁厚26mm。計算長度：法蘭密封面到密封面的距離為6740，法蘭厚度為140mm。計算長度取6740-140-140=6460。設備部分結構見圖1
設備部分結構圖
2.1根據小撓度理論的經典圖表和公式即GB150計算外壓的方法，計算最大允許外壓：
計算長度L=6460mm，筒體外徑Do=1900+26+26=1952mm， 筒體有效厚度δe =26-0.3=25.7mm。
L/D=6460/1952=3.31，Do/δe=1952/25.7=75.95
查GB150-2011圖4-2和圖4-3可得A=0.00056，B=61
則根據GB150.3-2011式4-2得許用外壓[p]=B/( Do/δe)=61/75.95=0.803MPa
2.2使用兩種方法用ansys軟件進行計算
模型簡化，因為是進行外壓計算，所以上面的模型可以盡量的簡化這樣能節(jié)省建模計算時間?？紤]到設備內筒上管子很少，即使有接管對筒體承受外壓能力來說也是加強作用。所以將夾套，接管和法蘭全部簡化掉。只計算一段筒體的承受外壓的能力。模型在，載荷約束，計算結果見圖2-圖5.只取一段6460mm長的，內徑1900mm，壁厚26mm進行計算。筒體中徑為：1900+26=1926mm，外壓筒體計算長度為6460mm，材料在330℃的彈性模量E= 1.736e5,泊松比μ=0.3
2.2.1ANSYS軟件進行外壓分析，
線性屈曲分析結果
2.2.2用ANSYS軟件進行非線性屈曲分析
非線性屈曲分析結果
2.2.3結果處理
屈曲分析結果處理：由分析結果可知失穩(wěn)波數為3。
極限壓力為Pcr=3.232x0.9=2.9088MPa；根據經典的小撓度理論，失穩(wěn)的安全系數按GB/T150標準取是m=3.0；則允許外壓[P]=2.9088/3.0=0.9696MPa
非線性的分析結果處理，分析結果已基本收斂。后面變化已經很小基本認定為收斂。高點為2.89MPa，低點為2.76MPa；取Pcr=2.76MPa
根據經典的小撓度理論，失穩(wěn)的安全系數按GB150標準取是m=3.0；則允許外壓[P]=2.76/3=0.92MPa
2.3 用EN13445方法計算此段筒體允許外壓
2.4結果匯總
筒體允許外壓：GB/T150計算結果為0.803MPa；線性屈曲結果為0.9696MPa；非線性屈曲結果為0.92MPa；EN13445計算結果為0.9503MPa。
3.結論
從實例對比計算結果發(fā)現(xiàn)GB150-2011在外壓圓筒壁厚計算方面是偏于保守的。EN13445的方法計算結果介于兩種分析分析方法之間。也就是說按EN13445計算更接近真實情況。很想建議GB/T 150引入EN13445的方法也能節(jié)能不是?？上宋⒀暂p！
參考文獻
GB/T 150-2011
EN13445-3:2014
余偉煒高炳軍.ANSYS在機械與化工裝備中的應用（第二版）[M].北京：中國水利水電出版社，2007：84-97.
這個本人未在期刊上發(fā)表過，如果有人想作為評工程師或高工的論文在期刊上發(fā)表。只有個小要求把我弄成第二作者就行。