CN114108345B - 热应力消除结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种热应力消除结构,在常温条件下安装沉槽与T型接头之间具有收缩间隙,设置主压板收缩率小于主收缩体的收缩率,在低温条件下,主收缩体的收缩量大于主压板的收缩量,主收缩体收缩后,其上两个安装沉槽相互靠近,第一主承载构件和第二主承载构件由于主压板的支撑,二者的相对位移量小于主收缩体的收缩量,通过沿主收缩体的收缩方向上,预留对T型接头滑移的收缩间隙,使得安装沉槽在T型接头在滑移方向进行填充压紧,避免二者同步收缩传递至第一主承载构件和第二主承载构件的应力,避免应力集中,保证支撑结构的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及材料应力分析技术领域,更具体地说,涉及一种热应力消除结构。
背景技术
在低温服役构件结构设计中,通常会涉及到温度从常温降至低温的工况,由于不同材料的线膨胀系数不同,加之常温端与低温端的收缩变形存在较大差异,将使得构件内部产生较大的应力,进而导致构件在结构设计时存在材料选型和结构复杂、轻量化设计理念难以实现,甚至会出现某些部件由于局部应力集中导致损坏的问题。
因此,如何消除低温服役构件在工况温度变化时的内部应力,是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种热应力消除结构,以消除低温服役构件在工况温度变化时的内部应力。
为了达到上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种热应力消除结构,包括第一主承载构件和第二主承载构件,二者长度方向的两端分别为固定约束端和低温端;
所述低温端设置对所述第一主承载构件和所述第二主承载构件进行固装的主收缩体;
所述主收缩体上开设两个安装沉槽,分别容置所述第一主承载构件和所述第二主承载构件上的两个T型接头;
还包括将所述T型接头压装于所述安装沉槽内的压板;
所述压板包括设于所述第一主承载构件和所述第一主承载构件之间,对二者进行支撑的主压板,所述主压板的收缩率δT1小于所述主收缩体的收缩率δT2;
所述安装沉槽和所述T型接头之间预留有供二者相对滑移填充的收缩间隙。
优选地,在上述热应力消除结构中,所述压板还包括对所述T型接头的周圈进行压紧的周边压板,所述周边压板包括压板主体,伸出于所述压板主体上主压装部,所述主压装部压装于所述主收缩体上,
和伸出于所述压板主体,并压装于所述T型接头上的压台。
优选地,在上述热应力消除结构中,所述第一主承载构件和所述第二主承载构件的收缩率为δT3,所述δT1<所述δT3<所述δT2。
优选地,在上述热应力消除结构中,所述周边压板的收缩率为δT1。
优选地,在上述热应力消除结构中,所述δT1、所述δT3和所述δT2为在相同工作温度下的收缩率。
优选地,在上述热应力消除结构中,所述收缩间隙包括位于所述安装沉槽的侧壁和T型接头之间,并远离与所述第一主承载构件和所述第一主承载构件的横向收缩间隙。
优选地,在上述热应力消除结构中,所述收缩间隙还包括位于所述T型接头的下端面和所述安装沉槽之间的竖向收缩间隙。
优选地,在上述热应力消除结构中,所述收缩间隙还包括位于所述T型接头和所述安装沉槽的底壁之间的压紧收缩间隙。
优选地,在上述热应力消除结构中,所述第一主承载构件和所述第二主承载构件对称安装于所述主收缩体上,所述主压板包括固装于所述主收缩体中部的中心安装点,及分别连接所述第一主承载构件和所述第二主承载构件的端部安装点。
本发明提供的热应力消除结构,包括第一主承载构件和第二主承载构件,二者长度方向的两端分别为固定约束端和低温端;低温端设置对第一主承载构件和第二主承载构件进行固装的主收缩体;主收缩体上开设两个安装沉槽,分别容置第一主承载构件和第二主承载构件上的两个T型接头;还包括将T型接头压装于安装沉槽内的压板;压板包括设于第一主承载构件和第一主承载构件之间,对二者进行支撑的主压板,主压板的收缩率δT1小于主收缩体的收缩率δT2;安装沉槽和T型接头之间预留有供二者相对滑移填充的收缩间隙。主收缩体工作于低温环境,由第一主承载构件和第二主承载构件连接外部构件进行支撑,主收缩体由安装沉槽容置T型接头,在常温条件下安装沉槽与T型接头之间具有收缩间隙,通过压板将T型接头压装到安装沉槽内后,主压板直接对第一主承载构件和第二主承载构件进行支撑,同时设置主压板收缩率小于主收缩体的收缩率,在低温条件下,主收缩体的收缩量大于主压板的收缩量,主收缩体收缩后,其上两个安装沉槽相互靠近,第一主承载构件和第二主承载构件由于主压板的支撑,二者的相对位移量小于主收缩体的收缩量,通过沿主收缩体的收缩方向上,预留对T型接头滑移的收缩间隙,使得安装沉槽在T型接头在滑移方向进行填充压紧,避免二者同步收缩传递至第一主承载构件和第二主承载构件的应力,避免应力集中,保证支撑结构的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的热应力消除结构的爆炸视图;
图2为本发明提供的热应力消除结构的主视图;
图3为图2中热应力消除结构A-A方向剖视图;
图4为图2中热应力消除结构B-B方向剖视图;
图5为图2中热应力消除结构C-C方向剖视图;
图6为图2中热应力消除结构D-D方向剖视图;
图7为图3中热应力消除结构中I处的局部放大图;
图8为图6中热应力消除结构中II处的局部放大图。
具体实施方式
本发明公开了一种热应力消除结构,消除了低温服役构件在工况温度变化时的内部应力。
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如图1-图6所示,图1为本发明提供的热应力消除结构的爆炸视图;图2为本发明提供的热应力消除结构的主视图;图3为图2中热应力消除结构A-A方向剖视图;图4为图2中热应力消除结构B-B方向剖视图;图5为图2中热应力消除结构C-C方向剖视图;图6为图2中热应力消除结构D-D方向剖视图。
本实施例提供了一种热应力消除结构,包括第一主承载构件21和第二主承载构件22,二者长度方向的两端分别为固定约束端和低温端;低温端设置对第一主承载构件21和第二主承载构件22进行固装的主收缩体1;主收缩体1上开设两个安装沉槽11,分别容置第一主承载构件21和第二主承载构件22上的两个T型接头23;还包括将T型接头23压装于安装沉槽11内的压板;压板包括设于第一主承载构件21和第一主承载构件22之间,对二者进行支撑的主压板4,主压板4的收缩率δT1小于主收缩体1的收缩率δT2;安装沉槽11和T型接头23之间预留有供二者相对滑移填充的收缩间隙。
主收缩体1受到冷源5传递的冷量,工作于低温环境,由第一主承载构件21和第二主承载构件22连接外部构件进行支撑,主收缩体1由安装沉槽11容置T型接头23,在常温条件下安装沉槽11与T型接头23之间具有收缩间隙,通过压板将T型接头23压装到安装沉槽11内后,主压板4直接对第一主承载构件21和第二主承载构件22进行支撑,同时设置主压板4收缩率小于主收缩体1的收缩率,在低温条件下,主收缩体1的收缩量大于主压板4的收缩量,主收缩体1收缩后,其上两个安装沉槽23相互靠近,第一主承载构件21和第二主承载构件22由于主压板4的支撑,二者的相对位移量小于主收缩体1的收缩量,通过沿主收缩体1的收缩方向上,预留对T型接头23滑移的收缩间隙,使得安装沉槽11在T型接头23在滑移方向进行填充压紧,避免二者同步收缩传递至第一主承载构件21和第二主承载构件22的应力,避免应力集中,保证支撑结构的安全性。
第一主承载构件21和第二主承载构件22由二者端部的T型接头23压装于主收缩体1的安装沉槽11内,由安装沉槽11的底壁、侧壁,以及压板对T型接头23的周圈进行限位,主收缩体1位于低温环境,T型接头23装入安装沉槽11,并由常温环境进入低温环境过程中,主收缩体1和T型接头23同时收缩,T型接头23和安装沉槽11之间布置收缩间隙,主压板4支撑于第一主承载构件21和第二主承载构件22之间,并通过将主压板4和主收缩体1之间收缩率设置不同,主收缩体1的收缩量大于主压板4,主压板4将推动T型接头23在收缩过程中,与安装沉槽11之间产生相对滑移,通过利用不同材料的收缩率不同,利用不同材质之间随温度变化收缩量的不同,进行固装部件之间的相对运动,由于安装沉槽11对T型接头23的周向限位约束,实现二者的无源自运动。
在本案一具体实施例中,压板还包括对T型接头23的周圈进行压紧的周边压板3,周边压板3包括压板主体31,伸出于压板主体31上主压装部32,主压装部32压装于主收缩体1上,和伸出于压板主体31,并压装于T型接头23上的压台33。T型接头23落入安装沉槽11内,第一主承载构件21和第二主承载构件22的两个T型接头23,在相互靠近的一端,由主压板4同步压紧支撑。
在T型接头23的顶部和下方(该方位以主收缩体安装位置为准),均布置一个周边压板3,周边压板3由螺栓6固装到主收缩体1上,由周边压板3的边缘对T型接头23的周边进行压紧。
同时,由于T型接头23在主收缩体1收缩过程中,在安装沉槽11内滑移,周边压板3既要提供对T型接头23在厚度方向的压紧,又需要尽可能的降低对其在滑移方向的阻力。设置周边压板3包括压板主体31,压板主体31伸出主压装部32与主收缩体1相抵,用于螺栓6的安装。压板主体31上还伸出压台33,由压台33的端部对T型接头23进行压紧,周边压板3与T型接头23的接触面积仅为压台33与T型接头23的接触端,利用主压装部32和压台33之间的间隙,保证压紧力的同时减少摩擦接触面积,降低T型接头23在安装沉槽11内的滑移难度。
进一步地,第一主承载构件21和第二主承载构件22的收缩率为δT3,δT1<δT3<δT2。
第一主承载构件21和第二主承载构件22与主收缩体1之间预留有收缩间隙,利用部件之间收缩率不同,在进入到低温环境,安装沉槽11边界收缩,T型接头23的边界也收缩变小,设置T型接头23的收缩率小于主收缩体1的收缩率,达到预定低温环境,主收缩体1将占据收缩间隙,将T型接头23抱紧在安装沉槽11内,即利用了不同部件之间不同的收缩率,利用低温无源自运动实现了第一主承载构件21和第二主承载构件22与主收缩体1之间的二次定位。
主压板4的收缩率设置为最小,则其对第一主承载构件21和第二主承载构件22的间距影响最小,并提供T型接头23在安装沉槽11内滑移的支撑力,使得低温端和固定约束端的间距基本保持一致,进一步降低第一主承载构件21和第二主承载构件22受到相向的挤压而产生较大的内应力,达到减少甚至消除内应力的目的。
如图7和图8所示,图7为图3中热应力消除结构中I处的局部放大图;
图8为图6中热应力消除结构中II处的局部放大图。
在本案一具体实施例中,周边压板3的收缩率为δT1。
进一步地,δT1、δT3和δT2为在相同工作温度下的收缩率。
在本案一具体实施例中,收缩间隙包括位于安装沉槽的侧壁和T型接头之间,并远离与第一主承载构件21和第一主承载构件的横向收缩间隙t1。
收缩间隙还包括位于T型接头23的下端面和安装沉槽之间的竖向收缩间隙t3。
收缩间隙还包括位于T型接头23和安装沉槽11的底壁之间的压紧收缩间隙t2。
主收缩体1端设置冷源5故为低温端,第一主承载构件21和第二主承载构件22的自由端部为常温端且为固定约束,故定义沿主收缩体1长度方向为x轴方向,该方向为主收缩方向。
为消除由于主收缩体1沿x方向的收缩量产生的自身内应力,主压板4采用收缩率低的材料,以实现在主收缩体1收缩时,第一主承载构件21和第二主承载构件22在x方向上的间距尽量不变,进而降低结构内第一主承载构件21和第二主承载构件22的内应力,优选地,第一主承载构件21和第二主承载构件22均为杆状结构。
因此,在第一主承载构件21和第二主承载构件22远离机构纵向中心线侧与主收缩体1之间设有横向收缩间隙t1。T型接头23靠近机构纵向中心线的一侧,与安装沉槽11的侧壁贴合,间距L3为T型接头的宽度,同时为T型接头23一端距安装沉槽侧壁的宽度,降低机构各构件收缩后产生较大的间隙。
周边压板3的设计可确保主收缩体1相对于主承载杆2在x、y方向收缩的可控性。
为保证在主收缩体1收缩时,便于与第一主承载构件21和第二主承载构件22之间相对位移的发生,形成可靠连接,定义安装沉槽11的深度方向为y轴方向,竖向为z轴方向,主收缩体1与第一主承载构件21和第二主承载构件22之间在y轴方向设有压紧收缩间隙t2,在z轴方向设有竖向收缩间隙t3。同时,周边压板3上设有压台33,以减小接触面积。
由主压板4确保两个第一主承载构件21和第二主承载构件22间的距离尽量不变,故采用热膨胀系数为δT1的低收缩率材料A;
考虑主收缩体1收缩时将相对于第一主承载构件21和第二主承载构件22自运动,且将与第一主承载构件21和第二主承载构件22产生可靠连接,故采用热膨胀系数为δT2的高收缩率材料B;
则第一主承载构件21和第二主承载构件22采用热膨胀系数为δT3的中收缩率材料C;
周边压板3将使主收缩体1和主承载杆2之间形成可靠连接,故采用热膨胀系数为δT1的低收缩率材料A,即收缩率δT1<δT3<δT2。
通过确定构件在服役温度下各部件收缩量,通过获得的各部件收缩量,预留构件连接时的收缩间隙,以满足在低温服役温度时,各部件结构参数匹配度,使得机构内部无源自运动可实现的同时,确保各部件间的可靠连接。
在本案一具体实施例中,第一主承载构件21和所述第二主承载构件22对称安装于主收缩体1上,主压板4包括固装于主收缩体1中部的中心安装点,及分别连接第一主承载构件21和第二主承载构件22的端部安装点。主压板4与主收缩体和T型接头之间通过中心安装点和端部安装点,均实现硬连接,利用主压板4自身结构强度和各个安装点,提供第一主承载构件21和第二主承载构件22保持固定间距L1的支撑力,进一步减少内部应力的产生。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种热应力消除结构,其特征在于,包括第一主承载构件和第二主承载构件,二者长度方向的两端分别为固定约束端和低温端;
所述低温端设置对所述第一主承载构件和所述第二主承载构件进行固装的主收缩体;
所述主收缩体上开设两个安装沉槽,分别容置所述第一主承载构件和所述第二主承载构件上的两个T型接头;
还包括将所述T型接头压装于所述安装沉槽内的压板;
所述压板包括设于所述第一主承载构件和所述第一主承载构件之间,对二者进行支撑的主压板,所述主压板的收缩率δT1小于所述主收缩体的收缩率δT2;
所述安装沉槽和所述T型接头之间预留有供二者相对滑移填充的收缩间隙。
2.根据权利要求1所述的热应力消除结构,其特征在于,所述压板还包括对所述T型接头的周圈进行压紧的周边压板,所述周边压板包括压板主体,伸出于所述压板主体上主压装部,所述主压装部压装于所述主收缩体上,
和伸出于所述压板主体,并压装于所述T型接头上的压台。
3.根据权利要求2所述的热应力消除结构,其特征在于,所述第一主承载构件和所述第二主承载构件的收缩率为δT3,所述δT1<所述δT3<所述δT2。
4.根据权利要求3所述的热应力消除结构,其特征在于,所述周边压板的收缩率为δT1。
5.根据权利要求4所述的热应力消除结构,其特征在于,所述δT1、所述δT3和所述δT2为在相同工作温度下的收缩率。
6.根据权利要求5所述的热应力消除结构,其特征在于,所述收缩间隙包括位于所述安装沉槽的侧壁和T型接头之间的横向收缩间隙,所述横向收缩间隙为所述第一主承载构件和所述第一主承载构件远离机构纵向中心线的一侧。
7.根据权利要求6所述的热应力消除结构,其特征在于,所述收缩间隙还包括位于所述T型接头的下端面和所述安装沉槽之间的竖向收缩间隙。
8.根据权利要求7所述的热应力消除结构,其特征在于,所述收缩间隙还包括位于所述T型接头和所述安装沉槽的底壁之间的压紧收缩间隙。
9.根据权利要求1所述的热应力消除结构,其特征在于,所述第一主承载构件和所述第二主承载构件对称安装于所述主收缩体上,所述主压板包括固装于所述主收缩体中部的中心安装点,及分别连接所述第一主承载构件和所述第二主承载构件的端部安装点。
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