方小里，高嘉楠

(哈尔滨锅炉厂有限责任公司，黑龙江 哈尔滨 150046)

0 概 述

椭圆封头是压力容器经常采用的受压部件。在承受内压的工况下，椭圆封头的应力分布比较复杂，受力状态不如球形封头好，但因制造方便，椭圆封头在中低压容器中被普遍采用。设计压力容器时，往往需要在椭圆封头上开孔，致使整个椭圆封头应力分布更加复杂。现利用有限元分析法，定量分析开孔后椭圆封头的结构应力，研究大开孔椭圆封头应力分布的规律，为工程设计提供理论上的分析数据。

1 结构参数

研究对象的结构由大开孔的标准椭圆形封头(h=0.25Di)及筒体组成，如图1所示。针对6个不同尺寸的模型进行了有限元分析， 模型的具体尺寸，如表1所示。将设计压力定为1.2 MPa，设计温度定为220℃，同时，按GB713-2014锅炉和压力容器用钢板的标准，选用Q245R板材，材料的许用应力值为[σ]=125.4 MPa，泊松比ν=0.3，弹性模量为189.8×103MPa。

图1 椭圆封头与筒体的结构

表1 模型尺寸表

2 模型的边界条件

考虑椭圆封头的对称性，可仅对1/2的有限元模型进行分析。利用ANSYS软件提供的实体单元Solid95，建立椭球封头的半边几何模型。在筒体底面，限制了X、Y、Z方向上的位移，对开孔断面处的边界条件,为固定端面X、Y方向上的位移，只允许轴向位移，在对称轴处，采用了对称约束，并在封头内表面施加1.2 MPa的内压。

依次选择网格数量为298 766、493 578和722 584，分别对模型1进行应力分析，得出模型的最大应力，分别为228.9 MPa、229.3 MPa及229.6 MPa。从计算结果的数据可知，网格数的多少，对计算结果几乎没有影响。……