基于的大型立式真空绝热容器外ANSYS下封头加强结构设计范虹，王明富，张杰(北京航天发射技术研究所，北京100076)摘要:大中型立式真空低温容器外下封头与支座连接处局部受力情况复杂，该处结构强度关系设备的强度是否可靠，目前通常是参考规范并主要靠经验来确定外下封头厚度，其结果相对较保守。针对外下封头受力特点，设计了一种新型加强结构，以150m3液氩立式低温储罐为例，通过有限元分析对比和校核，表明该结构改善受力和优化结构效果明显，结构强度满足要求;该结构能节约成本，在实际使用过程中效果良好。关键词:大型立式容器;加强结构;有限元分析中图分类号:TQ050．2;TH123+．4文献标识码:A文章编号:1009-3281(2011)03-0004-04DesignofStrengtheningStructureonLowerClosureofLargeVerticalVacuumCryogenicVesselbyUsingANSYSFANHong，WANGMing-fu，ZHANGJie(BeijingInstituteofSpaceLaunchTechnology，Beijing100076，China)Abstract:Thestressdistributionatthejointoflowerclosureandsupportsofmediumandlargediameterverticalvacuumcryogenicvesseliscomplicated．Thestrengthofthejointisrelatedtothesafetyofthevessel．Currently，itisgeneraltodeterminethethicknessoftheclosurebyexperience．Theresultmaybeconservative．Withrespecttothestructuralfeatureofthisclosure，inthisarticle，anewreinforcingstructurewasdesigned．Exampledwith150m3verticalcryogenicliquidargoncontainer，throughtheanalysisandcom-parisonbyusingfiniteelementmethod，ithasbeenshownthatthestressesdistributionisimproved，thestrengthofthestructurereachtherequirementandtheeffectofstructuraloptimizationisobvious．Withuseofthisnewstructure，thecostissavedandtheperform-anceofthevesselissatisfied．Keywords:largediameterverticalvessel;reinforcedstructure;finiteelementanalysis随着低温行业生产规模不断扩大，低温容器也日益大型化。在压力容器常规设计时，只对封头承受的压力载荷(内压或外压)提出了计算方法和公式，而对封头与支座连接处的局部应力，由于目前尚无可靠计算模型，也无可行的局部应力计算方法，只是参考以往成功的实践经验，并没有进行计算和校核［1-2］;在大型立式低温容器中，外下封头尺寸跨度大，承受外压的同时还要承受较大的支座反力，可能出现结构失稳和局部屈服，关乎设备的可靠和人员的安全，进行相关研究很有必要。本文以150m3液氩立式真空绝热容器为例，对容器外下封头加强结构进行了相关分析和设计。有效容积150m3。采用常规计算及经验设计，外下封头厚度通常取16mm(材料为Q345R)，其值似乎较保守。本文根据大型立式真空绝热容器外下封头的受力特点，设计了一种新型外下封头加强结构(如图1所示)，封头和垫板厚度为14mm，根据GB150计算，只考虑外压载荷时封头计算厚度为9．35mm，封头刚度满足要求。改进后容器主要设计参数见表1。容器设置3个支座，垫板尺寸800mm×800mm×14mm;材料选用Q345R，材料性能参数见表2。加强结构方案如下:在每个支座对称面和外下结构分析及计算模型设计参数文中分析的是储存液氩的大型立式低温容器，11．1收稿日期:2011-01-25;修回日期:2011-02-28作者简介:范虹(1969—)，女，安徽阜阳人，高级工程师。主要从事机电专业相关设计和管理工作。范虹，等.基于ANSYS的大型立式真空绝热容器外下封头加强结构设计2011年6月·5·强筋;封头中心设置直径1000mm、高150mm、厚16mm的加强圈。加强筋、加强圈、封头之间均相互焊接形成整体，有效提高整体结构强度。为对比加强前后结构应力分布情况，取加强前后两种模型分别计算。两种模型封头厚度均为13mm(不包括腐蚀余量1mm)，划分网格时除加强结构外其他完全一致。厚度方向均划分4层，未加强时共划分81088个单元，379533个节点;加强后共划分99884个单元，468962个节点结构有限元分析模型如图2，3所示。载荷及约束以容器满载时工况为设计工况。主要条件如下:外容器工作温度为室温，不考虑温度影响;外下封头工作压力为P1=－0．1MPa;同时受到支座的反作用力，设备质量62t，...