张莹娜,仇 放

(1.中国石油工程建设有限公司 北京设计分公司，北京 100085；2.中国石油工程建设有限公司 俄罗斯分公司，北京 100101)

锥壳接管开孔结构是压力容器常见的结构之一。为保证其结构达到强度的要求，需按照规范进行设计，不同的标准规范和方法对于结构的强度安全裕量不同，常用的设计方法有GB150的等面积法、弹性应力分析法[1]和极限载荷法[2]。而锥壳接管开孔结构的结构参数对强度会产生显著的影响，本文通过有限元模拟对锥壳半顶角α、开孔率d/D、壁厚比t/T和D/T研究各参数对结构强度造成的影响。

1 有限元模型

1.1 有限元模型尺寸

与锥壳径向接管开孔结构承载能力有关的4个参数[3]，即锥壳半顶角α、开孔率d/D、壁厚比t/T和D/T。对模型尺寸取α=0°，15°，30°，45°；d/D=0.1，0.2，0.3，0.4；t/T=0.5，1.0，1.5，2.0；D/T=30，120，210，300；D=3000mm，4200mm。其中D为锥壳开孔中心处内径，d为接管内径，T为锥壳开孔处壁厚，t为接管壁厚。不同锥角模型结构如图1、图2所示。

图1 α=0°和α=15°时模型结构

图2 α=30°和α=45°时模型结构

1.2 有限元模型材料

锥形壳体材料为13MnNiMoR，接管材料为S22053，设计温度280℃，设计温度下材料参数如表1所示。根据焊缝强度与强度较低的母材相匹配原则，设定焊缝材料与接管材料相同。

表1 材料参数

1.3 有限元网络划分

考虑几何形状及载荷的对称性，取实际结构的1/2进行分析，模型中壳体长度足够，大于边缘应力衰减长度。选择20节点结构单元SOLID95划分网格，采用映射划分(sweep)方式，准确控制网格密度，避免远离筒体接管相贯区网格过密浪费计算资源增加计算时间，细化壳体接管相贯区，同时避免关键部位网格过于稀疏而增大网格离散误差[4]。……