ZF6A-252 GIS母线罐体强度分析计算

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　　摘要：本文通过对ZF6A-252 GIS母线罐体强度的分析计算，充分地说明罐体强度满足设计要求，并成功地通过型式水压试验的验证。
　　 关键词：强度；有限元法；载荷；约束；网格划分；应力
　　1、分析方法和理论依据
　　 本次强度分析采用ANSYS有限元软件。
　　 分析计算使用数值算法中的有限元法 (Finite Element Analysis Method), 强度校核采用材料力学第四强度理论，即VON-MISES等效应力强度理论。它遵循材料力学形状改变比能屈服准则。第四强度理论认为形状改变比能是引起材料塑性变形破坏的主要原因，试验资料表明，碳钢、铜铝等塑性材料宜采用第四强度理论。
　　 强度理论公式为：
　　 σmises=
　　 =σmises/k(k为安全系数)
　　2、计算模型
　　1）、设计主母线罐体几何参数：筒体内径750mm，壁厚12mm，法兰直径890mm，法兰厚36mm，罐体额定压力为0.5MPa。建立计算模型见图1。
　　
　　
　　 图1 计算模型图2载荷示意图
　　
　　 2）、确定材料参数：
　　 罐体的筒体和法兰材料为5083防锈铝合金板。查机械设计手册得到铝合金力学参数具体如下：
　　
　　
　　 表1 材料参数
　　 3）、载荷和约束
　　 根据母线罐体的安装方式及运行条件设定约束、受力等边界条件（见图2）。罐体设计压力为0.7MPa，罐体强度设计应满足破坏试验压力大于2.1MPa的要求（3倍设计压力）。因此，以罐体型式试验压力2.1MPa为内压载荷。位移约束施加于罐体圆筒横截面。以975 kN作为盲板力作用于法兰上。型式试验时，法兰的作用力主要为法兰盖板（盲板）承压产生的延筒体轴向的拉力，这个力通过法兰圆周的紧固件作用于法兰环形面积。这个力的大小等于法兰盖板的有效承压面积与试验压力的乘积，经计算即为975kN。
　　 4）、网格划分
　　 使用ANSYS软件自带的前处理模块进行网格划分（见图3），考虑到计算时间及运算规模，运算使用四面体单元，将节点数量控制在10万个左右。由实践验证，这样节点的数量对于此类简单的结构足够保证运算的精度。
　　3、计算求解
　　
　　
　　 图3 划分网格 图4VON-MISES等效应力分布云图
　　
　　4、结论
　　 从图4中可以看出，最大VON-MISES等效应力为224.8MPa，低于法兰材料5083防锈铝合金板的抗拉强度315MPa。所以型式试验压力2.1MPa下罐体不会破坏。经过型式试验验证，该罐体实际破坏试验压力为2.9MPa，高于设计值2.1MPa，这可以说明罐体强度是满足要求的。
　　
　　参考文献：
　　【1】GB7674-2008《额定电压72.5kV及以上气体绝缘金属封闭开关设备》
　　【2】刘洪文. 材料力学.北京：高等教育出版社，1992.9
　　
　　注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。

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