1、壓力容器分析設(shè)計(jì)目錄1問題分析32基本參數(shù)42.1 設(shè)計(jì)參數(shù)42.2 材料參數(shù)43有限元建模43.1幾何模型簡(jiǎn)化43.2 有限元模型54結(jié)果分析54.1 有限元模型驗(yàn)證54.2 應(yīng)力強(qiáng)度安全評(píng)定71問題分析本次分析是針對(duì)換熱器標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭（s30408）開孔進(jìn)行分析。圖1 部件圖筒體內(nèi)徑di=850mm，壁厚t=12mm；標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭內(nèi)徑di=850mm，壁厚t=12mm；在橢圓封頭頂端開孔，且接管尺寸為52420mm，筒體側(cè)面開孔尺寸dn=50mm，且距離筒體上端部為250mm。根據(jù)gb150-2011第152頁(yè)得，凸形封頭或球殼上開孔最大直徑d12di，得本模型中最大開孔應(yīng)為425mm

2、，顯然不符合gb150-2011的規(guī)定，因此不能采用常規(guī)設(shè)計(jì)。則應(yīng)按照jb4732-95進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，我們可以通過有限元建立模型進(jìn)行應(yīng)力評(píng)定。在筒體上有一個(gè)開孔，對(duì)于一般鋼材泊松比v=0.3，應(yīng)力衰減長(zhǎng)度x=2.5rt=178.54mm250mm,因此在利用ansys建模時(shí)可以忽略其應(yīng)力影響。通過觀察發(fā)現(xiàn)本模型可以采用對(duì)稱型建立模型，同時(shí)在接管頂端施加端面平衡載荷pc=pdi2(di+2t)2-di2,其中內(nèi)壓p=1.6mpa。2基本參數(shù)2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)由模型總圖得管程設(shè)計(jì)壓力p=1.6mpa，設(shè)計(jì)溫度為-10130，取t=130。取筒體長(zhǎng)度l=500mm，標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭直邊段l1=25.5m

3、m，大開空接管外伸長(zhǎng)度l2=212mm，接管倒角r=5mm。2.2 材料參數(shù)由gb150-2011和jb4732-95標(biāo)準(zhǔn)，查得s30408不銹鋼在該溫度下材料性能參數(shù)如下：根據(jù)gb150-2011第84頁(yè)插值得：e130=187gpa根據(jù)gb150-2011第49頁(yè)插值得：130=137mpa根據(jù)jb4732-95表6-2鋼材的設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度，通過插值得到相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度下的s30408材料的設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度為：s20=205mpa；厚度為360mm時(shí)，sm130=137mpa3有限元建模3.1幾何模型簡(jiǎn)化選用plane183單元，在options中k3設(shè)置axisymmetric，建立幾何模型。 圖

4、2 全幾何模型 圖3接管處幾何模型3.2 有限元模型采用映射劃分網(wǎng)格，設(shè)置單元邊長(zhǎng)2mm。圖4 接管處網(wǎng)格劃分 圖5封頭與筒體連接處4結(jié)果分析4.1 有限元模型驗(yàn)證圖6 筒體節(jié)點(diǎn)路徑 圖7筒體和封頭連接處節(jié)點(diǎn)路徑通過定義路徑，然后將應(yīng)力映射到曲線上，圖8和圖9分別是圖6和圖7的應(yīng)力圖圖8 筒體第一、二和三應(yīng)力路徑曲線理論解：第一主應(yīng)力=pdi2t=1.6850212=56.67mpa；第二主應(yīng)力=pdi4t=1.6850412=28.33mpa；考慮到該殼體是薄壁殼體，則第三主應(yīng)力r=0mpa。解析解：第一主應(yīng)力=57.455mpa；第二主應(yīng)力=27.945mpa；第三主應(yīng)力r=-1.6mpa

5、通過比對(duì)，圓柱殼上第一、二、三應(yīng)力的理論解和解析解基本一致。圖9 筒體和封頭連接處第一、二和三應(yīng)力路徑曲線理論解：封頭在赤道上的第一主應(yīng)力=pat(1-a22b2)=1.642512（1-42522212.52）=-56.67mpa 封頭在赤道上的第二主應(yīng)力=pa2t=1.6425212=28.3mpa通過定義應(yīng)力路徑，由圖9得，數(shù)值解和理論解并不符合，這是由于筒體與封頭連接處存在邊緣應(yīng)力。經(jīng)驗(yàn)證，有限元模型復(fù)合要求。4.2 應(yīng)力強(qiáng)度安全評(píng)定按照?qǐng)D10所示a-a，來(lái)進(jìn)行應(yīng)力線性化aa圖10 應(yīng)力線性化路徑線性化法是將容器各計(jì)算部位應(yīng)力，按選擇的危險(xiǎn)截面把各應(yīng)力分量沿一條應(yīng)力處理線首先進(jìn)行均勻化

6、和當(dāng)量線性化處理，然后進(jìn)行應(yīng)力分類評(píng)定。通過ansys軟件進(jìn)行應(yīng)力線性化處理得圖11，圖11 應(yīng)力線性化處理曲線圖圖12 第三強(qiáng)度應(yīng)力云圖應(yīng)力強(qiáng)度云圖如圖12所示，可見最大應(yīng)力強(qiáng)度發(fā)生在接管根部外壁，貫穿接管的內(nèi)外壁取應(yīng)力評(píng)定處理線，利用ansys的線性化處理程序進(jìn)行處理，可得到該處理線上的薄膜應(yīng)力、彎曲應(yīng)力及薄膜+彎曲應(yīng)力強(qiáng)度。表1 應(yīng)力強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果(mpa)評(píng)定線 位置 pl q pl+q f pl+q+f內(nèi)壁a-a 中面 外壁174.20 174.2250.4 41.2890.35 24.65 142.0 160.2 239.791.15262.5根據(jù)jb4732-1995，封頭接管根部在外部載荷或力矩，或內(nèi)壓作用下，其薄膜應(yīng)力為局部薄膜應(yīng)力，彎曲應(yīng)力為二