帶有多個接管的橢圓形封頭結(jié)構(gòu)是壓力容器的一種典型結(jié)構(gòu)，使用性非常重要。由于接管較多，開孔較大，加大了開孔邊緣的應力集中，從而削弱了封頭結(jié)構(gòu)的強度。應力集中不僅與開孔有關，還與該部位的變形協(xié)調(diào)有很大關系。對于大尺寸封頭的開孔接管，由于變形協(xié)調(diào)所造成的邊緣應力衰減范圍較寬，補強范圍已超出GB150-1998 的規(guī)定，常規(guī)設計方法已不適用。對于承受脈動負荷且載荷較大的橢圓形封頭結(jié)構(gòu)，以往常按常規(guī)設計的理論基礎進行經(jīng)驗設計，該法難以同時結(jié)構(gòu)性和經(jīng)濟性，因而采用的設計方法及設計手段。針對這一情況，本文擬采用有限元分析技術，借助于ANSYS 有限元強度分析軟件對受壓封頭結(jié)構(gòu)進行詳細計算，較真實、直觀地反映封頭整體和局部各點處的變形、應力強度大小及應力變化狀況，并對其計算結(jié)果進行了電測試驗驗證。根據(jù)分析設計的思想，利用應力分類和評定的方法，對大開孔封頭強度進行分析設計，使其在滿足應力強度評定的前提下，用料，實現(xiàn)大開孔封頭的優(yōu)化設計。

2 內(nèi)壓作用下有限元計算模型

2.1 設計參數(shù)

取帶有兩個接管的標準橢圓形封頭結(jié)構(gòu)為研究對象，兩個接管內(nèi)徑分別為Φ850mm 和Φ400mm，設計壓力為4.5MPa，各部分材料均為Ti75，設計溫度為50℃。材料特性：E=1.156x105MPa，μ=0.32，σs=650 MPa，[σ]=233 MPa。進水接管壁厚為16mm，人孔座內(nèi)徑為Φ400mm，壁厚為85mm，接管為平齊式結(jié)構(gòu)。接管與封頭的焊接為全焊透結(jié)構(gòu)，外側(cè)焊角高20 ㎜，內(nèi)側(cè)圓角半徑20 ㎜。

2.2 幾何建模

為了便于計算，取實體作為分析對象并進行適當簡化，由于封頭是關于中心平面對稱的，為減小計算規(guī)模，取半邊進行建模。由于大開孔封頭出現(xiàn)強度問題的危險部位常常集中在封頭與接管相貫區(qū)域，為了較真實地反映兩個接管對水室強度的影響，我們僅取上述兩接管和封頭殼體作為有限元分析對象，視大接管遠端對封頭影響為零，故取實際的計算模型為大接管距離封頭外表面100m 處為邊界，小接管及封頭法蘭對外聯(lián)接部分作為邊界條件來處理。
2.3 網(wǎng)格劃分

利用ANSYS 結(jié)構(gòu)分析模塊中的三維實體單元Solid95 號單元將實體離散化，Solid95號單元是20 節(jié)點三維實體單元，每個節(jié)點有三個自由度，在計算不規(guī)則形狀的變形時精度較高?？紤]到循環(huán)水接管壁相對于封頭壁厚較薄，為了提高分析精度，網(wǎng)格劃分時宜采用映射網(wǎng)格，由于水室形狀不規(guī)則，給映射網(wǎng)格的劃分帶來的難度，故采用在接管部位采用映射網(wǎng)格，進水接管沿壁厚劃分三層，人孔沿壁厚劃分六層。在封頭本體采用四面體網(wǎng)格，在封頭與接管相貫區(qū)域及焊縫進行網(wǎng)格細化，整個計算模型共劃分了65813 個單元，163174個節(jié)點。計算模型見圖1。