工程力学：单曲率多面壳体液压胀形壁厚分布研究
2022-10-10【作 者】董建令;余志武
球形容器 与常用 的圆筒形容器相比具有下列特点：（1）在相同容量下球形容器表面积最小；（2）在相同直径 ， 相同压力和采用同样钢板条件下，球形容器的板厚只需圆筒形容器板厚的一半，例如以贮存压力为2.2MPa（-13℃）的1000m³ 扩 液态乙烯容器考虑，若使用屈服强度为500MPa的钢材，则采用球形容器约需钢板143吨， 而采用直径与长度之比为0.25的圆筒形容器约需钢板 181吨[1]；球形容器占地面积小，且可向高空发展，有利于地表面积的利用和基础的选择与施工 例如一台100000m³的贮油罐 ，采用圆筒形贮罐时 ，直径为87m ， 高度约为21m[2]， 而采用球形贮油罐，直径仅为57.6m。由于上述特点 ， 球形容器在石油化工、冶金、建筑及核能工业中得到广泛的应用传统的球形容器制造工艺采用大型压力机和模具将板料压制成双向曲率拼瓣 ， 然后 组装和焊接成球形容器模具适用于少品种大批量产品生产的特点与球形容器多品种小批量生产的特点形成的矛盾使利用传统工艺制造球形容器成本很高。例如制造1000m³球形容器所用模具重16000kg ， 加 工费约30余万元[3,4]， 然而该套模具仅适用 于一种尺 寸球形容器的制造 为 了克服上述不 足 ， 我们 提出 了一 种不需压力 机和大型模具 ， 而只 需 简单的卷板设备就可 以用 来制造大 型球形容器的工艺 一 单曲率多面壳体液压胀形工艺[5-8]。实践表明 ， 采用该工艺制造球形容器 ， 生产周期可缩短2/3， 成本降低1/3。到目前为止，用该工艺已建成了一批球形容器 ， 最大壁厚达24mm，最大直径达9200mm ， 其中直径7100mm，壁厚24mm ， 材料16MnR， 设计压力为1.77MPa的球形液化气贮罐已在哈尔滨三棵树液化气站安全运行两年多 。
在应用单曲率多面壳体液压胀形工艺制造球形容器时，多面壳体胀形成球后壁厚的均匀性和减薄率是人们关心的问题。 均匀性差会造成材料的浪费减薄严重有可能使球形容器达不到设计的承载能力另外对于贮存具有腐蚀性介质的球形容器，壁厚小的部位将过早达到壁厚的允许值，从而缩短球形容器的使用年限。本文对单曲率多面壳体胀球前后壁厚进行了测定 ，给出了胀形后壳体壁厚分布规律。
【结 论】
单曲率多面壳体胀形后壁厚分布是不均匀 的 。 焊缝附近部位的减薄率较小，甚至为负值 ， 而远离焊缝的部位减薄率较大在极带板上 ， 最大减薄率发生在中心部位在单曲率柱面壳板上 ， 最大减薄率发生在经向对称线和纬向对称线相交的部位 。 多面壳体减薄率小于或等于5.34%。
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