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文章编号：1001-3997（2012）09-0216-03
机械设计与制造
MachineryDesign＆Manufacture
第9期2012年9月
复合超高压容器主要参数对其承压能力的影响*
袁格侠
（宝鸡文理学院机电工程系，宝鸡721007）
TheEffectoftheMainParametersofCompoundUltrahighPressureVesselsonitsLoadingCapacity
YUANGe-xia
（MechanicalandElectricalEngineeringDepartment，BaojiUniversityofArtsandSciences，Baoji721007，China）????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????
【摘要】针对缩套后自增强处理的复合超高压容器残余应力解析解难以建立的问题，利用开发
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的双层缩套筒参数化接触有限元模型对复合筒的缩套过程、自增强加载过程和卸载过程进行有限元仿真。基于双线性随动硬化模型及米赛斯屈服准则，研究了主要参数缩套过盈量、缩套半径和径比（外径与内径之比）对筒体内残余应力分布规律及最大弹性承压能力的影响。结果表明：双层缩套自增强容器最优过盈量和最优缩套半径与双层缩套圆筒相同；在相同自增强压力下，与单层筒相比，双层缩套筒的弹性承压能力并无明显的提高。
关键词：复合超高压容器；承压能力；有限元分析；参数化
【Abstract】Forsolvingtheproblemsthatitisdifficulttobuildanalyticsolutionsofresidualstressoningofautofrettageofinnerandoutercylindersweresimulatedbyusingparametriccontactfiniteelementmodeloftwo-layervessels.Basedonbilinearkinematichardeningmaterialmodelandmisesyieldcriterion,erradiitoinnerradii），onresidualstressandonthemaxloadingcapacitywereanalyzed.Theresultsshowthatoptimalshrink-fitradiiandradialinterferenceoftheautofrettagedshrink-fitbilayercylindersarethesamewiththeshrink-fitbilayercylinders，andloadingcapacityoftheshrink-fitbilayercylindersarenotbiggerthansingle-layercylindersunderthesameautofrettagedpressure.
KeyWords：CompoundUltrahighPressureVessels；LoadingCapacity；FEA；Parameterization
文献标识码：A
中图分类号：TH16；TQ051.3
theautofrettagedcompoundultrahighvesselaftershrink-fitting,theshrinkfitting,theloadingandunload－
theeffectsofmainparameters，includingshrink-fitinterference,shrink-fitradii，andwallratio（ratioofout－
1引言
为了提高超高压容器的承压能力，经常使用缩套或自增强这两种技术的结合可进一步均化工作时筒壁上的应力分技术[1-3]。
布，提高容器操作时的安全性[4-5]。对于缩套与自增强技术相结合的双层筒体有两种处理顺序，一种是对内外筒先分别进行自增强处理，然后进行缩套，另一种是先缩套后再进行自增强处理。缩套后再进行自增强处理的双层筒，内筒存在切向压缩应力，外筒存在切向拉伸应力，使自增强时材料的模型变得复杂化，以及自增强处理时内外筒之间的高度非线性弹塑性接触问题，使得其残余应力的计算变得十分复杂，难以得到其较精确的解析解[5]。文献[6]用数值方法计算了该类双层筒的残余应力，主要研究了自增强百分比相同时缩套压力对残余应力的影响、以及筒体径比对疲劳寿命的影响。给出了该类双层筒的残余应力解析解，但由于在计算自增强加载应力时未考虑缩套残余应力的存在，其计算结果误差较大。利用ANSYS软件可以实现基于上一个载荷步的求解结果求解下一个载荷步的优势，利用其APDL语言开发的缩套双层筒自增强参数化接触有限元模型，在ANSYS平台下，对双层筒的缩套和自
＊来稿日期：2011-11-13＊基金项目：陕西省教育厅专项科研计划项目（2010JK397）；宝鸡市2010年科技计划工业攻关项目；
宝鸡文理学院重点科研项目（ZK11066）
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的计算方法。
设计结果，如表2所示。采用Mises屈服准则。
表１材料属性
序号1
径比K=2.25
材料属性
弹性模量E/GPa屈服极限σs/MPa切线模量Et/GPa弹性模量E/GPa屈服极限σs/MPa切线模量Et/GPa
内筒198100020200122020
2
K=4
增强过程进行仿真，分析了缩套过盈量、缩套半径及自增强压力对残余应力分布的影响，给出了最优缩套过盈量与最优缩套半径
2双层缩套厚壁筒几何参数初步设计
对双层缩套厚壁筒首先进行初步设计，确定其最优壁厚和由此确定其自最优层间过盈量。然后确定其最大弹性承载能力，
增强压力。为了研究不同径比（外径与内径的比值）对反向屈服的内径均为ri=100mm两种容影响，对径比分别为K=2.25和K=4，如表1所示。根据文献[1]，最优层间半器进行仿真。其材料参数，
径、层间过盈量及最大弹性承压能力（Tresca和Mises屈服准则）
外筒
19810002020099820
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