1 問題描述

某鍋爐廠的出力為3t/h的臥式鍋殼蒸汽鍋爐，鍋殼上部開有320mmX420mm的內閉式橢圓人孔。人孔結構及尺寸簡圖見圖1。

圖1 人孔結構簡圖

人孔頸（加強圈）、人孔蓋及鍋殼均采用20g材料制成。鍋爐額定溫度204℃，額定壓力為1.6MPa。分析中采用的材料參數見表1.

表1 計算參數匯總表

2 分析過程

取人孔的1/4及鍋殼建立三維分析模型。由于鍋殼直徑與人孔幾何尺寸相比很大，因此沿鍋殼環向僅取90°進行分析。鍋殼軸向取用長度為1m。由于人孔螺栓僅在預緊時起作用，隨著內壓力的增加，螺栓的拉力下降，影響也隨之減弱，而且螺栓的橫截面積與人孔頸橫截面積相比應為小量，因此模型中予以忽略。

模型位移邊界條件容易得到。對稱面施加無摩擦約束，遠離人孔的鍋殼橫向剖面上作用有均布拉力，為-50.803MPa；同時模型承受內壓載荷1.6MPa。

采用較粗糙的網格模量，總共11092個節點，1830個單元，最大偏度為0.59，平均偏度為0.08。

圖2 模型網格

圖3 邊界條件

人孔墊片在人孔組件中不僅起到密封作用，還有一個重要作用就是將人孔蓋正面的介質壓力傳遞到人孔加強圈上。墊片材料通常采用石棉板或橡膠石棉板，但其力學性能數據很難得到，因此分析模型中將墊片做簡化處理，取很小的彈性模量，本例子取0.1MPa。

圖4給出了墊片傳遞面力的大小。如果墊片壓力為均均分布，容易計算出均布壓力理論值為8.492MPa。從圖4看，壓力分布還是比較均布的，大部分壓力值都在8.5MPa附近，負值代表墊片受力方向。

3 結果討論

圖5給出了人孔應力強度分布，可見，應力最大值位置出現在人孔加強圈與鍋殼相貫位置短軸端部內側。最大應力值為240.36MPa。

圖5 應力強度云圖

在應力較大位置取4條評定線（見圖6），按照線法進行應力分解，分解及評定結果如下。

圖6 評定線位置

路徑1

路徑2

路徑3

路徑4

許用應力強度Sm=125MPa，局部薄膜應力限制值為1.5X125=187.5MPa，局部薄膜加彎曲應力限制值為3X125=375MPa，因此評定結果通過，結構設計安全。

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