唐保威，徐 平

(浙江大学 应用力学研究所，杭州 310027)

0 引言

碟形封头是压力容器常见的部件，在石油、机械、化工、航空航天等领域有广泛应用。因其使用环境复杂，为保障安全，碟形封头的壁厚设计一般偏大，但这造成了材料浪费，增加了制造成本[1-3]。塑性垮塌失效是内压碟形封头设计需要考虑的重要失效模式，精准预测塑性垮塌压力有助于设计碟形封头时，在避免塑性垮塌的前提下减少用料，因此具有重要意义。

陆明万等[4-9]介绍了基于材料硬化的真应力-真应变本构模型分析垮塌载荷的塑性分析方法，指出塑性分析方法的计算结果更为精确。ZHENG等[10-11]采用基于弧长法的非线性有限元技术，考虑实测的材料应力-应变曲线，预测一个与筒体焊接的冷冲压标准碟形封头塑性垮塌压力，预测结果与试验结果吻合好；用该方法探究了椭圆封头各项参数对塑性垮塌压力的影响，归纳出了椭圆封头塑性垮塌压力的预测公式，与试验结果吻合良好。然而，基于有限元的数值模型要付出较大的计算工作量，过程更费时[4-7]。理论分析方面，UPDIKE等[12]将碟形封头支撑环以上部分等效为球冠，基于von Mises各向同性硬化模型和大变形理论，采用Hill应变假设[13]推导公式计算了碟形封头的塑性垮塌压力，但其公式需要迭代计算，且支撑环半径仍需采用有限元分析获取，该方法无法独立使用。

目前针对碟形封头塑性垮塌压力预测方法仍缺少深入系统的研究。本文从有限元分析、理论计算、试验验证三方面对该问题进行研究。……