支座支撑区应力分析

1.问题描述

某蒸发器的设计压力为0.1MPa，设计温度110℃，介质为卤水及水蒸气，操作容积120m³，内径Di=5000mm，材料弹性模量E=2e5MPa，泊松比u=0.3，设备空重58.1吨，4个支座均布。蒸发器结构简图如图1（a）所示，支座结构简图如图1（b）和（c）所示，其中锥形封头半锥角为30°。    

                                                                             图1 蒸发器及支座结构简图

 2.分析过程

由于主要讨论蒸发器支座支撑区的应力状况，可以忽略蒸发器其他细节，如锥形封头及筒体上的接管，并利用结构的对称性仅建立支座支撑区的1/8模型。筒体及锥形封头经向长度应远大于边缘应力衰减长度，模型中筒体长度取2500mm，锥形封头经向长度取全锥经向长度的一半，有限元模型如图2所示。

其中支座底面为固定约束，两对称面施加无摩擦约束，内表面施加压力载荷以及液柱静压力载荷，筒体端面施加由自重转化成面载荷（0.9MPa）和内压引起的轴向平衡载荷（-3.1MPa）叠加为-2.2MPa，锥体下端面施加由液柱静压力转化的面载荷（-5.232MPa）和内压引起的经向平衡载荷（-3.559MPa）叠加为-8.791MPa。

3.结果讨论

计算结果如图4所示，其中支座筋板与筒体连接处的两端部由于结构不连续存在局部应力，而支座底面因受力不均发生应力集中。即使连接区最大应力强度超过材料许用应力，也并不代表结构强度不够，应根据或参考分析设计观点进一步分析与评定。此外对于这种存在局部应力的区域及支座主体，除了进行强度校核之外，还应进行稳定性分析。