碟形封头与标准椭圆形封头等效性的研究现状

     使用旋压方法生产的碟形封头即近似椭圆形封头来替代标准椭圆形封头是否可行，国内学者已做了大量的研究并发表了多篇文章，总体说来有三种观点。 种观点是以华东理工大学丁伯民教授为代表的赞同方观点，他认为只要使用标准椭圆形封头样板测量碟形封头，其形状偏差在GB150规定的范围以内， 可以使用此种碟形封头替代标准椭圆形封头。丁教授从封头的应力计算、强度和稳定性分析、设计方法和设计公式的来源、形状和尺寸允差的制订依据，以及国外相关规范对此的规定等方面的 认识出发，做出明确的结论。第二种观点认为碟形封头和标准椭圆形封头分属两种不同的封头，应当按照各自的设计公式进行设计。文章中对封头薄膜应力进行了分析，并且通过对比两种封头设计公式和描述封头形状尺寸偏差7要素等角度说明了两种封头不可以等效替代。第三种观点则认为应该对现有碟形封头形状进行 ，提出了几种新型的碟形封头来替代标准椭圆形封头。

    这三种观点的文章都是根据我国现有的标准或者ASME锅炉压力容器标准进行一定的分析推断，没有根据椭圆形封头的实际受力状况进行具体的应力分析与研究。基于薄壳理论对碟形封头的强度分析也因为存在两处相邻的结构不连续而很难得到准确的结果。

    由于旋压封头生产上的便利、 ，国外也有数名学者对碟形封头替换标准椭圆形封头的可行性进行了研究分析。英国曼彻斯 大学泰勒教授在70年代末期 对碟形封头与标准椭圆形封头能否等效替代做了数值计算分析，结果表明，同材料、同壁厚的条件下、几何形状 的碟形封头的临界失稳载荷比标准椭圆形封头要低50%，碟形封头转角区容易引起局部屈曲。因此，进行等效性研究时除了考虑强度是否可以 替代，还必须考虑椭圆形封头在承受内压作用时的稳定性问题。

    M.R.Khoshravan等应用大型通用有限元软件ANSYS对碟形封头过渡转角区的屈曲行为进行了分析。经过大量的模拟计算，并于实验数据对比，得出了碟形封头临界载荷与封头几个重要的几何参数的关系。

    从图1-2可以看出，碟形封头发生屈曲的临界载荷大小随儿值增大而增大。从图1-3中可以看出，碟形封头的极限载荷随封头壁厚增加而增大，即壳壁越厚，转角区越不容易发生屈曲。

    国内如清华大学的殷雅俊首次应用非对称网格剖分技术诱发碟形封头的屈曲行为，采用Riks算法捕捉完整的屈曲及后屈曲路径，分析屈曲载荷和屈曲形态。发现屈曲载荷和屈曲形态都对几何参数和物理参数比较敏感。其中屈曲载荷随r增大而增大，随L减小而增大．其结果与上述田外文献的结果基本是一致的。浙江大学陶伟明教授采用非线性有限元法，分析了由初始几何缺陷引起的薄壁压力容器在内压作用下椭圆形封头过渡区的局部弹塑性届曲。当缺陷与筒半径的比为1：201时，碟形封头过渡区即出现内压屈曲失稳．可见碟形簿壁承压容器在内压下的稳定性对初始位移缺陷是很敏感的．因此在设计薄壁椭圆形封头时尤其要注意其稳定性是否满足要求。