项目来源：福建省锅炉压力容器检验中心 项目编号：
福州福日包装材料有限公司一条于1992年由台湾某企业生产的瓦楞纸生产线，在该生产线中有数个采用蒸汽加热的烘筒属于压力容器的范畴，由于该设备进口时未按国家相关规定进行报关检验，加之使用过程中未能妥善保管设备相关资料，致使该设备部分关键资料丢失，造成目前采用的常规检验无法准确判定这些烘筒的安全状况，并且在现场初步检验过程中发现直径1000mm的烘筒两端封头结构与国家现行的《压力容器安全技术监察规程》相关条款要求存在一定的差距，在进一步的检验中又发现筒体纵向对接焊缝存在未焊透缺陷。鉴于上述种种原因，福建省锅炉压力容器检验中心委托我公司，对上述上述生产线中一个缺陷较为明显的烘筒（编号为：920113），结合强度试验对其危险断面进行应力现场测试，并应用有限单元法对该烘筒进行数值模拟分析计算，以获取相关数据，作为判定烘筒安全状况补充依据。
烘筒结构如图1所示：
图1-1 烘筒结构示意图
承担的测试、计算分析共包括如下内容：
1、测试计算前烘筒的几何尺寸复核测量
2、烘筒危险断面应力现场测试
3、烘筒结构强度数值分析
4、烘筒封头受压失稳分析
5、烘筒纵向对接焊缝未焊透缺陷局部区域应力集中状况数值分析
现对各项测试计算情况分述如下：
1.测试计算前烘筒的几何尺寸复核及测量
2.烘筒危险断面应力现场测试
经对烘筒的实际状况分析确定烘筒危险断面共有两处：其一是烘筒封头及其边缘部位；其次是烘筒筒体对接焊缝处存在未焊透部位。因此此次测量重点放在该两个部位。
3.烘筒结构强度数值分析
本次分析计算利用Ansys结构有限元分析程序，采用有限元法对烘筒结构危险区域进行详细地数值分析。
图3-1 烘筒1/4结构的强度分析有限元网格图
采用ANSYS结构有限元分析程序对上面建立的烘筒的强度计算模型计算模型进行强度分析。
给出了烘筒在1.0MPa载荷下的单元节点处Von Mises等效应力强度云纹图，由图可知，该结构的最大应力发生筋板与封头的连接处，其最大Von Mises等效应力强度为141.968MPa。
图给出了烘筒在1.0MPa载荷下的节点变形图，由图上可知，在此载荷状况下最大变形发生在封头量块肋板之间的中心部位，其最大变形为U=0.35899mm，在各方向上的位移值为：UX=-0.042962mm,UY=-0.35381mm，UZ=-0.042964mm。
图3-2 1.0MPa压力载荷下烘筒封头部位的Von Mises等效应力图（MPa）
图3-3 1.0MPa压力载荷下烘筒封头部位的变形图（mm）
4.烘筒封头受压失稳分析
图4-1 烘筒的稳定性有限元网格图
采用Ansys结构有限元分析程序对上面建立的烘筒的稳定性计算模型进行结构稳定性分析。
图给出了烘筒结构在第一阶失稳临界载荷下的变形情况，由图上可知，该结构第一阶失稳临界载荷为64.387MPa，且失稳发生在封头两个肋板之间的中部，而且是凸向碟形封头的外侧。由分析可知若强度满足要求情况下，结构发生屈曲的可能性较大，而且稳定性失效发生在封头上。
图4-2 烘筒在第一阶临界载荷下的失稳变形局部放大图
5.测试及计算结果分析
(1)由现场测量得出1#烘筒为圆柱形，两端采用碟形封头。但不论是筒体还是封头，其壁厚都不等厚，尤其是筒体最大壁厚13.7mm，最小壁厚仅9.3mm，最大壁厚不均匀度达到38.3%。
(2)由应变电测法测得判定点处周向应力，轴向应力。应用弹性力学拉美公式算得在载荷1.0MPa压力下，烘筒壁厚为13.7mm时，烘筒外壁面上，周向应力，轴向应力。应用有限元法算得远离边缘区域筒体外壁周向应力，轴向应力。由上述可见三种方法求得的周向应力十分接近，最大偏差仅为3.25%。轴向应力测试值偏小，分析原因极有可能是因为烘筒两端支承约束了烘筒轴线方向自由变形，造成烘筒筒体轴向应力偏小。因此可认为本次现场应变电测法测量的数据基本准确有效。
(3)由应变电测法测量结果得出烘筒封头部位最大应力发生在大、小圆弧交接点处，方向为经向，，且为压应力，由有限元法算得该此处方向应力值。并且由有限元算得封头上最大应力强度值实际发生在封头与肋板相连接边缘处，最大应力强度值，可见它远小于20g材料，在200℃下的许用应力强度值（131MPa）。因此认定在载荷1.0MPa压力下，封头部件强度满足使用要求。
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