内外施焊接管焊接接头应力的有限元分析

图 ３ ａ 显 示 的是 外 部 施 焊 接 管 与 壳 体 连 接 部 位 （）
方 向的应 力 分布 情况 ， ３ ｂ 显示 的是 内部施 焊 接 图 （）
划 分模 型见 图 ２ 。在 进 行 加 载计 算 时 ， 要 考 虑 的 主
管与 壳体 连 接 部 位 方 向 的 应 力 分 布 情 况 。从 图 中可 以看 出 ， 力集 中的现 象非 常 明显 ， 体 与接 管 应 壳 部 位 内 侧 应 力 为 正 ， 侧 为 负 ， 大 应 力 值 约 为 外 最 １ＯＭ ａ 由于 焊 缝 的 影 响使 焊 接 部 位 应 力 集 中 ， Ｏ Ｐ 。 因此 除局 部不连 续 引起 个 别 峰 值应 力 外 ， 部 施 焊 外 的焊接 结构 焊缝 外侧 应力 达 到约 一 ０ Ｐ ， ４０Ｍ ａ 内侧应 力达 到约 ３ ０Ｍ ａ 内部施 焊 的焊 接结 构焊 缝外 侧应 ０ Ｐ ； 力达 到 约 一３０Ｍ ａ 内侧 应 力 达 到约 ３０Ｍ ａ ０ Ｐ ， ０ Ｐ 。并
第３ ０卷第 ３期
２１ ０ ０年 ６月
山
西
化
工
Ｖ １３ Ｎ ． ｏ． Ｏ ｏ３
Ｓ ＮⅪ ＣＨＥ ＣＡＬ Ｉ ＤＵＳ ’ ＨＡ ＭＩ Ｎ １ ＲＹ
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内外 施 焊 接 管 焊 接 接 头 应 力 的 有 限 元 分 析
李红 宝
（ 山西 省化 工设 计 院 ， 山西 太 原 ００ ２ ） ３ ０４
部 件 的组 装大 多采 用 焊接 的方 式 ， 焊缝 的接 头形 式
接管与壳体焊接结构模型主要由接管、 壳体和
焊缝 ３部 分组 成 。为 了消 除 边 界对 焊 缝 的影 响 ， 在 建立 有 限元模 型时 ， 壳体 和接 管 的 长度 远 大 于焊 缝
和坡 口形 式 的设计 直接 影 响到焊接 的质量 和容 器 的 安全 。在 接管与壳 体 焊 接 时 ， 如果 满 足 内侧 清 根及 外部施 焊条 件 ， 一般 采用外 部施 焊 ； 如果 是在 接管 伸 出设备 的长度较 小 ， 外 部施 焊 时 焊接 易 碰 法 兰 的 在 条 件下 ， 采 用 内部 施 焊 。本 文按 照 《 制 化 工 容 则 钢 器 结构设 计规定 》 Ｈ ２５３１９ ） （ Ｇ ０８ —９８ 中对 接管 与壳 体
间焊接接 头 的相 关 规定 ， 于 相 同 的壳 体 壁厚 和 相 基 同的接管壁 厚 ， 用 Ａ ｓｓ 限元 分 析软 件 ， 立 了 利 ｎｙ 有 建
尺 寸。根 据 《 制 化 工 容 器 结 构 设 计 规 定 》 钢 （ Ｇ ０ ８ —９ ８ ， 了 使 计 算 应 力 具 有 可 比性 ， Ｈ ２ ５ ３ １９ ） 为 ２种 焊接结 构均 取 壳 体 壁 厚 为 １ ／， 管壁 厚 为 ６ ｉｎ 接 ｎ
０３ １Ｍｎ ． ，６ Ｒ和 １ｒ３的 密 度分 别 为 ７８０ｋ／ 和 Ｃｌ ５ ｇｍ ７７０ｋ／ 弹性模 量分别 为 ２６Ｇ ａ和 ２７Ｇ ａ ７ ｇｍ ， ０ Ｐ １ Ｐ 。 选 择有 限元分 析类 型为结构 静态 分析 方法 。
因连接结 构 的连 续 性 被 破 坏 而 产 生 很 高 的局 部 应 力， 给容 器 的安全操 作带 来 隐 患 。压 力容 器 各受 压
程 师 ， 从 事 压 力 容器 设 计 工 作 。 主要
处理 。选择三角形六红宝 ， 内外 施 焊 接 管 焊 接 接 头 应 力 的 有 限 元 分 析
・ ３・ ５
行 网格 划 分 的时候 ， 要 在 局 部 区 域 细 化 网 格 。本 需 分析 中 ， 要在 焊缝 区域 对 网格 进行 细 化 。网格 需
收 稿 日期 ：０００ －７ ２ １ －４０
１２ 计 算模 型 的网格 划分和加 载 求解 ．
根据 １ １的几 何 模 型和 对实 际问题 的简化 ， ． 接 管 与壳体 焊接 结构应 力计算 和分 析时按 轴对称 问题
作者简介 ： 李红宝 ， ，９ ３年出生 ，９７年毕业于太原理工大学 ， 男 １７ １９ 工
１ １ 建 立有 限元模 型 ．
（ ）外部 施焊 ａ
（ ）内部 施 焊 ｂ
ｌ 接管 ；一壳体 ；一焊缝 一 ２ ３
图 １ 接 管 与 壳 体 焊 接 几 何 结构 图
基 于应 力 比较的需要 ， 所研究 的接管和壳体 均选 用 同种材料… １Ｍｎ 焊 材选 用 １ ｒ 。取 泊松 比为 ６ Ｒ， Ｃｌ ３
９ｍ ｍ。焊 接接 口的尺寸 根据 Ｈ ２ ５ ３１９ Ｇ ０ ８ ～９ ８相关 规
定 确定 。接管 与壳体 焊接结 构 图见图 １ 。
内部施 焊 和外 部施 焊 焊 接接 头 的结构 模 型 ， 出这 得 两 种焊 接形式 的应力 分布情 况 ， 进行 比较 。 并
１ 有 限元 模 型 的建 立 和 加 载 求 解
摘要 ： 应用 Ａ ｓｓ 限元应力分析软件 ， ｎｙ 有 根据钢制化工容器结构设计规定 （ Ｇ ０８ － ９ ） 分别建 Ｈ ２ ５ ３１ ８ ， ９ 立了内部施焊 和外部施焊的 内伸人式接管 与壳体问焊接接头的模 型， 分析了焊接接 头处应力分布 情况 ， 并对焊接接头处 的应力进行了对 比。结果表 明 ， 内部施 焊的整个 焊缝 Ｘ方向的应力 平均值 大于外部施焊焊缝 Ｉ 夕部施焊的整个焊缝 Ｙ方 向应力 水平略大 于内部施焊 焊缝 ； 内部施焊焊 缝等
效应力的应力值小 ， 但其高应力区域范围较大 。
关键词 ： 焊接接头 ； 有限元 ； 接管； 应力
中图 分 类 号 ：Ｂ １ Ｔ １５ 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０４７ ５ （０ ０ ０ － ５ －３ １０ － ０ ２ １ ）３ ０ ２０ ０ ０
引 言
在 容器 上开孔 以后 ， 除削弱 器壁 的强度外 ， 还会