基于ANSYS的典型压力容器应力分析
基于ANSYS对压力容器的应力分析与结构优化
１ 压力容器 的应 力分布
压力容器设计时 ， 一般首先按 照“ 等安全裕度”类 ，然后按照各种应力 的作用及性质判断 其危险『而给予不同的控制值 。 生
侧 过渡 圆弧 半径 Ｒ。 １ｍ ＝ ０ ｍ，内侧 应 力释 放槽 圆弧 半径 Ｒ ＝
１ｍｍ， ０ 容器最高工作压力 Ｐ ２ ａ ＝ ＭＰ （ 设计压力 ２１ Ｐ ）容器材料 ．Ｍ ａ，
６ Ｒ， ＝ ｘ ０ ＭＰ ， 泊 ｚ ．， ＝ ． ／ ｋ 压力容器中 ，由内压产生 的薄膜应力为一次总体薄膜应力 １Ｍｎ 弹性 模 量 Ｅ ２ ｌ５ ａ 松 比 ／ ０３ 材料 密度 ７８ ｇ ｍ， ２ ０ ａ Ｐ 由满足结构 连续 所需要 的 自平衡应力 威二 次应力 Ｑ， 发 ｍ 许 用 应 力＝ ５ ＭＰ 。 ｍ； 其
基 于 Ａ ＹＳ对压 力容 器的应 力分析 与结构优化 ＮＳ
董 龙梅 杨 涛 孙 显 （ 内蒙古 工业大 学 机械 学 院 ， 和浩 特 ０ ０ ５ ） 呼 １０ １
Ｓｔ ｓ ｎ ｌｓｓａ ｄｓ ｒ ｃ ｕ ｅｏ ｔ ｚ ｔ ｎｏ ｒ ｓ ｕ ｅｖ ｓ ｅ ｎＡＮＳＹＳ ｒ ｓａ ａｙ ｉ ｎ ｔｕ ｔ ｒ ｐ ｉ ａ ｉ ｆ ｅ ｓ ｒ ｅ ｓ ｌ ｅ ｍｉ ｏ ｐ ｏ
中图分类 号 ：Ｈ１ ３Ｔ ４ ２ 文献标 识码 ： Ｔ ２ ，Ｂ ７ Ａ
随着 核容器和大型化高参数化 工容器 的广泛使用 ，以往所 部 薄 膜 应 力 。 采用的基于弹性失效准则的按“ 规则设计” 法已不能完全适应 方
根据应力分类 ， 平板封头压力容器 中， 基本壁厚部分总应力
工 程设 计 的要 求 ，基 于 塑性 失 效 准 则 的分 析 设 计 越 来 越 多 的应 为 Ｐ Ｑ Ｆ 由于释放槽 圆弧 （ ｍ＋ ＋ ； 如图 １ 所示 ， 半径为 Ｒ１ ０的半 圆） 用到现代容器 的设计 中。分析设计 的基础首先是对容器关键部 处 为几何不 连续区 ，故此处 由内压产生 了一 次局部薄 膜应力
ANSYS压力容器应力分析中
ANSYS压力容器应力分析中，列表应力名称问题1.** MEMBRANE **代表 PL?2.** BENDING **代表 PB?3.** MEMBRANE PLUS BENDING **代表 PL+PB?4.** PEAK **代表 F?5.** TOTAL **代表？注：（因为 JB4732中规定，判定各种应力许用极限的参数有一次总体薄膜应力强度 SⅠ（由 Pm 算得）；一次局部薄膜应力强度 SⅡ（由 PL 算得）；一次薄膜加一次弯曲应力强度 SⅢ（由 PL+PB 算得）；一次加二次应力强度 SⅣ( 由 PL+PB+Q 算得 )；峰值应力强度 SⅤ( 由 PL+PB+Q+F 算得 )Pm 是一次总体薄膜应力，PL 是一次局部薄膜应力；PB 是一次弯曲应力；Q是二次应力；F是峰值应力）Pm 是一次总体薄膜应力，PL 是一次局部薄膜应力；PB 是一次弯曲应力；Q是二次应力；F是峰值应力）1.** MEMBRANE **代表 PL?2.** BENDING **代表 PB?3.** MEMBRANE PLUS BENDING **代表 PL+PB?4.** PEAK **代表 F?5.** TOTAL **代表？ANSYS 后处理应力线性化得到的结果中：**MEMBRANE ** 代表薄膜应力，可能是一次总体薄膜应力也可能是一次局部薄膜应力。
**BENDING ** 代表弯曲应力，可能是一次弯曲应力也可能属于二次应力。
** MEMBRANE PLUS BENDING ** 根据前 2 者可能是一次薄膜 + 一次弯曲（ 1.5kSm ），也可能是一次 + 二次应力（ 3 kSm ）ANSYS 只能把应力根据平均应力、线性化应力和非线性化应力来区分薄膜应力弯曲应力和峰应力，而不能分出总体薄膜应力和局部薄膜应力，一次应力还是二次应力。
这需要你根据JB4732和ASME VIII-2的标准自己去判断** MEMBRANE **，** BENDING **，** MEMBRANE PLUS BENDING **的类别。
基于ANSYS的典型压力容器应力分析设计说明.doc
基于 ANSYS的典型压力容器应力分析设计2010 年第 3 期（总第 136 期）业东，农琪（广西工业职业技术学院，广西530001 ）【摘要】研究从工程实践应用需求出发，采用ANASYS9.0有限元软件对容器进行详细的应力分析计算，对不同类别的应力进行分类和强度评定。
应力强度满足分析设计标准，确保了容器的安全可靠性。
【关键词】应力；强度；压力容器；分析设计；有限元1研究的目的和意义过去，压力容器及其部件的设计基本采用常规设计法, 以弹性失效准则为基础，材料的许用应力采用较大的安全系数来保证，一般情况常规设计仅考虑容器壁厚中均匀分布的薄膜应力，不考虑其他类型的应力，如局部高应力和边缘应力均不考虑等 , 常规设计不讨论由此而产生的多种失效形式。
分析设计以塑性失效和弹塑性失效准则为基础，并引入安全寿命的概念，对具有循环加载特征的部件进行疲劳分析。
比较详细地计算了容器和承压部件的各种应力，对应力进行分类，再采用不同的应力强度条件给予限制[1]。
本课题研究的目的是对石油化工生产中广泛使用的典型压力容器进行应力分析，应用ANSYS软件编写参数化设计程序，对典型压力容器中的筒体、椭圆形封头、锥形封头，开设人孔、接管等进行应力分析，为压力容器的分析设计提供一种比较通用的设计方法。
2钢制压力容器设计的两种规GB 150－ 1998《钢制压力容器》是以弹性失效准则为理论基础，导出较为简单的适合于工程应用的计算公式，求出容器在载荷作用下的最大主应力，将其限制在许用应力值以，即可确定容器的壁厚。
在标准所规定的适用围，按标准要求所设计、制造的容器是安全可靠的。
JB 4732－ 1995《钢制压力容器——分析设计标准》是以弹塑性失效准则为理论基础，应用极限分析和安定性原理，允许容器材料局部屈服，采用最大剪应力理论，以主应力差的最大值作为容器发生垮塌和破坏的依据。
标准要求对容器所需部位的应力作详细计算，并进行强度评定和疲劳分析。
压力容器ansys分析.
高压空气储气罐ANSYS 应力分析
压力容器是在冶金、化工、炼油、气体等工业生产中频繁使用，常常用来存储各类不同压力、温度、介质的气体，或被使用为干燥罐，蒸压釜、反应釜、缓冲罐、医用氧气瓶等等。
同时大部分罐都属于特种设备—压力容器，其制造和使用国家都有严格规范标准，特别是压力容器的疲劳强度和形体薄弱环节的研究对于特种设备的安全使用很重要，这里借助于ansys软件很直观精确地将其中一种压力容器—高压空气储气罐进行了疲劳分析之一—压力应力分析。
一、高压储气罐的设计条件：
①
建立几何模型
② 由于该容器形体的对称性，选择1/4 来分析：
三、加载求解
四、结果分析。
基于ANSYS的压力容器有限元分析及优化设计
317压力容器是一种能够承受压力的密闭容器，广泛应用于煤化工生产领域。
煤化工生产作业环境苛刻，需要其外壳具备较高的强度，保护内部电子元器件不被损坏。
为验证压力容器的耐压性能，需根据其工作条件设计压力容器，将机器人安装在压力容器内部，对压力容器进行加压以模拟其高压工作环境，检测外壳的耐压性能是否符合要求。
本文基于国标 GB150-2011中关于压力容器的规定，完成压力容器的各项参数的计算取值。
利用 ANSYS 有限元仿真软件对其进行校核，对该压力容器工作状态下的应力及变形情况进行分析，判断其结构强度及 O 形圈的密封效果是否符合要求[1]。
1 压力容器参数化设计 对实际工况进行分析，根据要求完成压力容器的初步设计，结构如图 1 所示。
图1 压力容器三维模型该压力容器主要由两部分组成：压力舱和平盖，两个部件通过螺栓连接，平盖挤压压力舱端面上的 O 形圈完成密封。
由于采用水作为介质进行加压维持压力舱内压力处于预定值，压力容器需经常浸泡在水环境中，容易腐蚀生锈，会对密封结构造成破坏，且存在安全隐患，因此采用不锈钢完成该压力容器的设计和制造。
平盖所承受的应力较大，工作时容易产生较大变形导致 O 形圈密封失效，因此平盖需采用高强度不锈钢材料。
20Cr13是一种常用的高强度马氏体不锈钢材料，具有高抗蚀性、高强度、高韧性和较强抗氧化性，被广泛应用于制造各种承受高应力的零件。
基于20Cr13的优良性能，选用该材料用于平盖的设计和制造[2]。
与平盖相比较，压力舱承受应力相对较小，选用 304 不锈钢用于压力舱的设计和制造。
基于国标 GB150-2011 关于压力容器的规定，对压力容器各部分的参数进行计算如下：（1）壳体厚度计算： 圆筒厚度计算公式如下：[]c ii c P D −=φσδ2P（1）式中，σ为圆筒壳体计算厚度（mm）；p c 为计算压力（MPa）；D i 为圆筒内直径（mm），[σ]i 为壳体材料的许用应力（MPa），φ为焊接接头系数。
基于ANSYS的压力容器的应力分析与结构优化
基于ANSYS的压力容器的应力分析与结构优化作者：成鹏涛来源：《中国化工贸易·下旬刊》2018年第08期摘要：本文利用ANSYS有限元分析软件对缓冲压力容器进行了应力分析和壁厚优化。
在满足应力强度的条件下，得到了合理的方案。
容器质量降低17.5%，球形封头壁厚降低16.7%，由此可见优化效果明显。
关键词：压力容器；应力分析；优化设计；壁厚；ANSYS；缓冲器压力容器是一种广泛应用于石油化工、机械、轻工、食品等行业的压力容器设备。
传统的压力容器设计采用规则设计，即按照标准GB150《钢制压力容器》。
为了确保安全的容器，设计师总是试图增加壁厚提高压力容器的承载能力，结构强度的结果是相对保守的，这限制了容器的整體性能的提高和材料的有效使用。
随着分析设计理念的发展，越来越多的设计人员优化了压力容器的结构。
本文利用ANSYS有限元分析软件对容器各部分进行了详细的应力计算和分析，以容器的最小质量为目标，不降低设备的安全性。
通过优化设计方法，给出了压力容器参数的最优组合，以减小结构的厚度，有效地提高材料使用效率。
1 压力容器参数及应力云图1.1 工作条件和结构参数有一缓冲器，整个缓冲器封头材料为16MnR，接管材料为16Mn，其参数见表1。
设计压力p=32MPa，弹性模量E=206GPa，泊松比μ=0.3。
壁厚参考范围t1=30～39mm，t2=15～24mm，许用应力[σ]=250MPa。
1.2 参数化建模根据结构特点和荷载特性，采用轴对称力学模型进行分析，从关键点生成曲面，建立二维模型。
该结构采用PLANE82进行网格划分，这是ANSYS软件提供的8个节点的轴对称单元。
1.3 施加载荷及应力分布有限元分析的目的是了解模型对外界荷载的响应。
使用有限元分析工具的关键步骤是正确识别和定义负载，有效地实现仿真负荷。
在这种情况下，压力容器内表面的压力为32MPa，对球形头末端的对称面施加对称约束。
管道末端的轴向拉伸应力为：得到了应力结果。
基于ANSYS的压力容器应力分析
沿压力容器内壁施加压力P（P=12.0Mpa）， 在压力容器的封头处，法兰对压力容器的作用力 可以当做一个集中力F处理，（其中F=-81000 N 方 向向下）。施加载荷后的压力容器有限元模型如 图4所示。
图4 施加载荷
4 查看分析结果
压力容器受内部压力与外部机械载荷的综合 作用，这两类载荷在较长时间段内可以是固定不 变化的或者变化很小的，所以仅需要对压力容
5 沿内外壁的应力分布
在压力容器的应力分析中，通常所关心的是应 力沿壁厚的分布规律以及大小。从应力云图不能详 细的获得沿压力容器壁厚各个关键点的具体应力 值，也不容易直观的获得沿压力容器壁厚的各个关 键点的应力变化情况。所以需要沿压力容器壁定义 相应路径。为了具体比较和分析沿压力容器内壁和 外壁的应力分布情况，本文中分别沿压力容器内壁 创建路径Path-1,沿压力容器外壁创建路径Path-2。 应力沿压力容器壁厚分布如图7和图8所示。
从沿压力容器内壁（Path-1）应力分布图可以
【下转第5页】
图9 模具三维虚拟拆装单机版执行情况
3 结论
基于Solidworks软件进行了模具的三维建模，
利用Eon Studio软件实现了模具的虚拟拆装，并 通过Visual Basic6.0软件进行开发，实现了模块集 成，建立了模具虚拟拆装系统。该系统的实现为 设计的更改和优化提供了制造依据，也为实验教 学提供了分析工具和辅助手段。在一定程度上实 现了模具立体化教学，为学生自主学习能力的开 发提供了理论平台。
参考文献：
[1] 王岚.虚拟现实EONStudio应用教程[M].天津:南开大学 出版社,2007.
[2] 罗陆峰,文领,徐超辉.基于Eon Studio模具虚拟拆装系统 开发[J].煤矿机械,2012,33(6):263-265.
基于有限元ANSYS压力容器应力分析报告
压力容器分析报告目录1 设计分析依据 (1)1.1 设计参数 (1)1.2 计算及评定条件 (1)1.3 材料性能参数 (1)2 结构有限元分析 (2)2.1 理论基础 (2)2.2 有限元模型 (2)2.3 划分网格 (3)2.4 边界条件 (5)3 应力分析及评定 (5)3.1 应力分析 (5)3.2 应力强度校核 (6)4 分析结论 (8)4.1 上封头接头外侧 (9)4.2 上封头接头内侧 (11)4.3 上封头壁厚 (13)4.4 筒体上 (15)4.5 筒体左 (17)4.6 下封头接着外侧 (19)4.7 下封头壁厚 (21)1 设计分析依据（1）压力容器安全技术监察规程（2）JB4732-1995 《钢制压力容器-分析设计标准》-2005确认版1.1 设计参数表1 设备基本设计参数正常设计压力MPa 7.2最高工作压力MPa 6.3设计温度℃0~55工作温度℃5~55工作介质压缩空气46#汽轮机油焊接系数φ 1.0腐蚀裕度mm 2.0容积㎡ 4.0容积类别第二类计算厚度mm 筒体29.36 封头29.031.2 计算及评定条件（1）静强度计算条件表2 设备载荷参数设计载荷工况工作载荷工况设计压力7.2MPa 工作压力6.3MPa设计温度55℃工作温度5~55℃注：在计算包括二次应力强度的组合应力强度时，应选用工作载荷进行计算，本报告中分别选用设计载荷进行计算，故采用设计载荷进行强度分析结果是偏安全的。
1.3 材料性能参数材料性能参数见表3，其中弹性模型取自JB4732-95表G-5，泊松比根据JB4732-95的公式（5-1）计算得到，设计应力强度分别根据JB4732-95的表6-2、表6-4、表6-6确定。
表3 材料性能参数性能温度55℃材料名称厚度设计应力强度弹性模型泊松比钢管20 ≤10mm 150 MPa 1.92×10³MPa μ=0.3锻钢Q345 ≤100mm 185 MPa 1.92×10³MPa μ=0.3钢板16MnR 26~36 188 MPa 1.92×10³MPa μ=0.3锻钢16Mn ≤300mm 168 MPa 1.92×10³MPa μ=0.32 结构有限元分析2.1 理论基础传统的压力容器标准与规范，一般属于“常规设计”，以弹性失效准则为理论基础，由材料力学方法或经验得到较为简单的适合于工程应用的计算公式，求出容器在载荷作用下的最大主应力，将其限制在许用值以内，即可确认容器的壁厚。
基于ANSYS_WORKBENCH的压力容器接管应力分析
图4 总体变形图
2.5 应力评定 如图3所示整体最大应力发生在接管连接处的
3 结论
（1）模型局部结构复杂，必须通过实体的划 分才能满足六面体方式的网格划分，采用局部细 化的方式将焊缝结构的网格细化。网格的划分质 量对最终的计算结果影响很大，常常会有成倍的
◆参考文献 [1] 韩敏.利用ANSYS软件对压力容器进行应力分析[J].煤矿
机械，2008，29(1)：73-74. [2] 范念青.基于ANSYS的压力容器的分析设计演示[J].中国
图2 网格划分
2.4 施加边界条件并求解 有限元分析的目的是了解模型对外部施加
载荷的响应。正确地识别和定义载荷，并有效地 实现仿真加载，是运用有限元分析工具的关键一 步。模型受到的载荷有内压、外压以及重力和支 撑力。考虑到重力和外压相对内压的影响较小， 可忽略不计。因此，只对筒体和接管内表面施加 设计压力载荷P=0.55MPa，对称面施加对称约束， 筒体端面施加轴向平面载荷，另一端面限制轴向 运动。接下来进入求解处理器对模型求解，得到 并显示第三强度最大切应力（Stress Intensity）云 图，如图3所示。图中应力大小分别用不同颜色表 示，其中红色表示应力值最大，蓝色表示应力值 最小，从图中可看出最大应力224.05 MPa出现在
（3）根据JB4732-95进行应力分类，不考虑 疲劳破坏的影响，接管的受力情况可分为一次和 二次应力的影响，一次加二次应力最大处129 MPa 满足分析设计的强度要求。
基于ANSYS的压力容器应力分析
区域 的应力 、 高应力 区的应 力不做精 细计算 ， 以具体 的结构形 式 限制 ， 在计算公 式中引入适当的系数或降低许用 应力等方法 予 以 控制 ， 这是一种 以弹性失效准则为基础 ， 按最大主应 力理论 ， 以长
基 于 Ａ Ｓ Ｓ的 力 容 器 应 力 分 析 ＮＹ 压
许 杰
摘
王毓 彬
王 斌
要： 通过 Ａ Ｓ Ｓ软件模拟 ， ＮＹ 得到模型在压 力载荷下的数值 计算结果 ， 选择 多条具有代表性的路径 ， 应力线性化 ， 得到
主要应力、 主要应 力 ＋次要应 力等各项指标 ， 与规 范进行 比较 ， 确保 了容 器的安全可靠性。
・
２４・ ４
第３ ８卷 第 ６期 ２０１２年 ２月
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮ Ａ ＸＩ ＲＣＨＩＥＣ ＵＲ Ｔ Ｅ Ｉ
Ｖ０ ． ８ Ｎｏ ６ １３ ． Ｆ ｂ ２ ２ ｅ ． ０１
文章编号 ：０ ９６ ２ （ ０ ２ ０ — ２ ４０ １０ —８ ５ ２ １ ）６ ０ ４ —２
对于压力容器的应力分析 ， 重要 的是得到应力 沿壁厚 的分布
操 作 压 力／ ａ ＭＰ 设计 温 度 ／ ℃ 筒体 内 ｍｍ
一０ Ｏ４ ．４ １０ ５ ６ｏ ０
值 பைடு நூலகம்力 （ ） Ｆ 。
筒 体 外 径／ ｍｍ
腐 蚀 裕 量／ ｍｍ
６ ９５ ｏ ．
０５ ．
规律及大小 ， 可采用 沿壁厚方 向的“ 校核 线” 来代替校 核截面 。而
基 于弹性力学理论的有限元分析方法 ， 是一种对结 构进行离 散化 １ 压 力容 器的应 力分析 后再求解 的方法 ， 为了获得所 选“ 校核线” 上的应力分布 规律 及大 １ １ 模 型 以及 载荷 ．
基于ANSYS的压力容器应力分析
《装备制造技术）２０ｌｏ年第１２期基于ＡＮＳＹＳ的压力容器应力分析龙志勤。
王志刚（广东石油化工学院力学实验中心，广东茂名５２５０００）摘要：在压力容器的设计过程中，利用ＡＮＳＹＳ有限元软件进行应力分析，获得了压力容器的最大应力和应变，ＡＮＳＹＳ分析结果与实际情况基本相符。
表明ＡＮＳＹＳ软件可为压力容器的结构设计及优化设计提供充分的理论依据。
关键词：应力分析；压力客器；ＡＮＳＹＳ中图分类号：Ｔ卜协９文献标识码：Ａ压力容器是石油化工、机械、轻工、食品等多种工业领域中广泛使用的承压容器设备。
压力容器的设计，目前可分为规则设计和分析设计两种。
规则设计的理论基础，是材料力学和板壳理论，以弹性失效为设计准则１１１。
认为容器只有处于弹性阶段才是安全的，如果容器内某点的最大应力达到或超出材料的屈服极限，就认为容器失效。
按这种方法设计的容器，是偏于安全的，设计结果比较保守。
分析设计的理论基础，是板壳力学、弹塑性理论及有限元法，以塑性失效与弹塑性失效为设计准则翻。
此方法通过对容器进行全面的应力计算与分析，对载荷和应力进行分类给予不同的限制条件，以达到降低安全系数的目的，从而减小结构的厚度，使材料得到有效利用。
ＡＮＳＹＳ软件是融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元商用分析软件Ｄ】，是目前最主要的ＦＥＡ程序。
在压力容器的应力分析设计中，得到了广泛应用。
本文采用ＡＮＳＹＳ软件对压力容器进行应力和变形分析，为压力容器的结构设计及优化分析提供理论依据。
１压力容器力学模型以一个双支座卧式压力容器为例，容器的设计条件为：设计压力０．６ＭＰａ；工作温度４０℃；压力容器壳体材料密度７８００ｋｇ／ｍ３；物料密度１０８０ｋ＃ｍ３：在鞍座处，一端采用固支约束，另一端采用简支约束；壳体材料为ｏｏＣｒｌ９Ｎｉｌ０，屈服强度１７７ＭＰａ，抗拉强度４８０ＭＰａ，弹性模量２Ｘ１０ｓＭＰａ，泊松比Ｏ．３；不考虑容器两端的封头，在容器与封头相连接的横截面上作用着等效轴向拉力，其数值为８．５７ＭＰａ；在卧式压力容器的上端连接有一立式容器，在相互连接的横截面上作用着铅直向下的压力，其数值为Ｏ．５５ＭＰａ。
基于ANSYS的立式厚壁压力容器应力分析
关 键词 ：立式压力容器；应力分析； 有限元模拟
中图分 类号 ：Ｔ Ｈ ９
文献标 识码 ：Ａ
文章 编号 ：１ ０ ０ １ — ９ ６ ７ ７ （ ２ ０ １ ３ ） １ ９ — ０ １ ２ ０ — ０ ３
Ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ Ａｎａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ Ｖｅ ｒ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ Ｔｈｉ ｃ ｋ Ｗａ ｌ ｌ Ｐｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ Ｖｅ ｓ ｓ ｅ ｌ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＡＮＳＹＳ
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ ：ｖ ｅ ｒ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｐｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｖ ｅ ｓ ｓ ｅ ｌ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
压 力容 器 广 泛 地 应 用 于工 农 业 和 日常 生 活 中 ，尤 其 是 在 轻 工 、化工 的生产 、运输 、储存以及进 出 口贸易 等方面 。近半 个
多世纪以来 ，压力容器获得显著 的发展 ；在其制造 过程及其 材 料 质量 的监测 与控制 ，更是发生 了质的飞跃… 。压力容器是 化 工设备 的重要组 成部分 ，其设计合 理与否 ，不仅关 系到制造 过
有 限元分析软件对该压力容器进行应 力分析 ，以获得 该压力 容 程中金属材料 的用 量 ，还 直接 影 响到生 产 和使 用过 程 中 的安 器 在内压力作用下 的应力和应变分 布情 况 ，确定受 载后 的危 险 全＿ ２ Ｊ 。压力容器工作时 的应力和应变分布是其 设计主要依据 之 截面（ 点） 以及相应的最大应力值 ，为容器 的结 构设计及其 优化
ＺＨＵ Ｇｕ ｏ— — ｌ ｉ ａｎ ｇ
（ Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｄ ｏ ｎ ｇ Ｘ ｉ ｎ ｇ ｒ ａ ｎ Ｐ ｅ ｔ ｒ ｏ ｃ ｈ ｅ ｍ ｉ ｃ ａ ｌ Ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ Ｃ ｏ ． ，Ｌ ｔ ｄ ． ， Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｄ ｏ ｎ ｇ Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ５ １ ０ ０ ３ ４， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
压力容器ansys分析.
压力容器是在冶金、化工、炼油、气体等工业生产中频繁使用，常常用来存储各类不同压力、温度、介质的气体，或被使用为干燥罐，蒸压釜、反应釜、缓冲罐、医用氧气瓶等等。同时大部分罐都属于特种设备—压力容器，其制造和使用国家都有严格规范标准，特别是压力容器的疲劳强度和形体薄弱环节的研究对于特种设备的安全使用很重要，这里借助于ansys软件很直观精确地将其中一种压力容器—高压空气储气罐进行了疲劳分析之一—压力应力分析。
一、高压储气罐的设计条件：
①
②设计数据：二、有ຫໍສະໝຸດ 元模型建立：1定义设计变量：
建立几何模型
2由于该容器形体的对称性，选择1/4来分析：
三、加载求解
四、结果分析
基于ANSYS软件对压力容器开孔接管区的应力与疲劳分析
第２ ９卷 第 ２期 ２ １ 年 ４月 ０１
轻工 机 械
Ｌｉ ｈｔＩ ｄ ｓ ｒ ｇ ｎ ｕ ｔｙＭ ａ ｈ／ ｅ ｙ ｅ ｕｒ
Ｖ０ ． ９ Ｎｏ ２ １２ ．
Ａｐ ． ０１ ｒ２ １
［ 环保 ・ 安全 ］
Ｄ Ｉ ０３６／ ｉｎ１ ５ ８５２１．２０１ Ｏ ： ． ９ｊ ｓ ． ０－ ９． １ ． １ ９ ．ｓ ０ ２ ０ ０ ３
最大应力发生在简体最高位置与接管的连接处 ， 最大应 力强度值 为 ２７ ４ ８Ｍ ａ ４ ．７ Ｐ 。然后利用 Ａ Ｓ Ｓ进行疲劳寿命分 析， ＮＹ 将有限元方法与疲劳寿命分析理论相结合 ， 得到累积使用 系数 均小于 １ 即开孔接 管部位 满足 疲 劳强度 的要 求 ， ， 因此该
容器是安 全的。通过 此次分析再 次证 明了 Ａ Ｓ Ｓ软件 为压力容 器实际工程应用 中提 供 了可靠的 、 ＮＹ 高效的理论依 据。图
ａ ｄ ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｏ ｎ ｔ — ｌｍｅ ｔａ ａｙ ｉ ｒ ｖ ｄ ｔ ａ Ｓ ｏｔ ａ ｅ ｉ ａ ｃ ｐ ａ ｌ ｎ ｆ ｃ ｅ ｔ ｎ ｈ ｅ ｕｔ ｆ ｉ ｅ ｅ ｎ ｎ ｌｓｓ ｉ ｐ ｏ ｅ ｔＡＮ ＹＳ ｓ ｆ ｒ ｓ ｃ ｅ ｔ ｂ ｅ ａ ｄ ｅ ｉｎ ．Ａｔ ｈ ａ ｉ ｔ ｆ ｅ ｉ ｓ ｈ ｗ ｉ ｅ ｓ ｍｅ ｔ ｔ ｍｅ ｉ
ansys 在压力容器分析中的应用实例.
ANSYS 14.0 软件培训–压力容器第二部分实例操作中益 CAE 工作室2012.12实例一接管的应力分析1. 本例主要分析封头上接管应力强度,同时还要查看封头上人孔大开口对接管的强度影响。
2. 按照图纸一,建立几何模型。
3.划分网格:3.1 讲模型分割成上图所示的几何模型,以方便网格的划分。
3.2 做简单的几何边网格划分。
设置如下:3.3 划分最后的网格如下: 封头采用六面体划分4. 施加载荷及边界条件:5. 分析结果:6.定义线性路径及应力评定:由于我们在做分析报告时需要线性化评定,虽然在 WORKBECH 与经典中线性化结果相同,但是大家都习惯了经典分析数据的显示。
我们将 WORKBECH 分析结果导入经典中如下:PRINT LINEARIZED STRESS THROUGH A SECTION DEFINED BY PATH= A-A DSYS= 0***** POST1 LINEARIZED STRESS LISTING *****INSIDE NODE = 101466 OUTSIDE NODE = 101468LOAD STEP 1 SUBSTEP= 1TIME= 1.0000 LOAD CASE= 0THE FOLLOWING X,Y,Z STRESSES ARE IN THE GLOBAL COORDINATE SYSTEM.** MEMBRANE **SX SY SZ SXY SYZ SXZ 7.604 23.44 61.44 -6.459 -0.8720E-01 0.4231 S1 S2 S3 SINT SEQV61.45 25.73 5.301 56.15 49.22** BENDING ** I=INSIDE C=CENTER O=OUTSIDESX SY SZ SXY SYZ SXZI 90.83 33.10 39.88 -8.484 -0.2168致力于 CAE 解决方案与培训 0.2947 C 0.000 0.000 O -90.83 0.2947 S1 I 92.06 C 0.000 O -31.88 0.000 -33.10 S2 39.89 0.000 -39.89 0.000 -39.88 S3 31.88 0.000 -92.06 0.000 8.484 SINT 60.18 0.000 60.18 0.000 0.2168 SEQV 56.60 0.000 56.60 - ** MEMBRANE PLUS BENDING ** O=OUTSIDE SX I 98.44 0.7178 C 7.604 0.4231 O -83.23 0.1285 S1 I 103.5 C 61.45 O 21.56 SY 56.54 23.44 -9.668 S2 101.0 25.73 -9.613 ** PEAK ** SY 6.108 -3.046 6.074 S2 5.724 -1.987 2.223 ** TOTAL ** SY 62.65 20.39 -3.594 SZ 101.3 61.44 21.56 S3 51.76 5.301 -83.29 I=INSIDE C=CENTER SYZ -0.3040 -0.8720E-01 0.1296 SEQV 50.56 49.22 93.25 SXZ SXY -14.94 -6.459 2.025 SINT 51.74 56.15 104.8 SX I 16.79 0.7242E-01 C -5.157 0.3260E-01 O 3.831 0.5797E-01 S1 I 30.90 C 4.472 O 20.33 I=INSIDE C=CENTER O=OUTSIDE SZ SXY SYZ5.724 -18.69 -0.1654 -1.987 2.224 S3 -7.992 -12.67 -10.42 8.507 -15.34 SINT 38.89 17.15 30.75 0.6424E-01 -0.9160E-01 SEQV 34.16 15.00 26.77 SXZ SX I 115.2 0.7902 C 2.447 0.3905 O -79.40 I=INSIDE C=CENTER O=OUTSIDE SZ SXY SYZ 107.1 -33.64 -0.4693 59.46 23.78 2.049 -13.31 -0.2296E-01 0.3795E-01 SXZ 中益 CAE 工作室 13646276 687致力于 CAE 解决方案与培训 0.1864 I 22.00 C 59.46 O 23.7822.00 S1 131.7 S2 107.0 20.62 -1.325 S3 46.25 2.214 -81.67 SINT 85.42 57.25 105.5 SEQV 76.15 50.62 95.41 TEMP 实例二带有螺栓预紧力的非标法兰应力分析中益 CAE 工作室 13646276 687。
基于ANSYS的典型压力容器应力分析
图 １ 买体 模 型
２ 运用 Ａ Ｓ Ｓ有限元软件对压力容器进行应力分 ＮＹ 析
２１ ＡＮＳ ． ＹＳ软 件对 压 力 容器 模 型 的 设计 与 建 造
２３ 对 于 压 力容 器 的 热 应 力分 析 －
创建 ，创建完成后 通过 Ａ Ｓ Ｓ软件 自带 的 Ｃ Ｄ Ｃ Ｅ、 适合于分析复杂的元件的应力情况。 ＮＹ Ａ 、Ａ
Ｃ Ｍ数 据输入接 口实体模型导 人 Ａ Ｓ Ｓ软件 系统 中， Ａ ＮＹ 这样就节省了创建复杂模型 的时间 ， 提高 了设计的效率 ； 对于第二种通过 Ａ Ｓ Ｓ软件 自身来创 建实体模型 的方 ＮＹ 法 ，可以用来创建较为简单 的实体模型 ， Ｎ Ｙ Ａ Ｓ Ｓ软件 系 统中有非常方便 的菜单功能 ，设计师只需要运用相关 的 命令就可 以直接创建简单的实体模型 了，这种方法一般 用在简单 的建模设计当中 ， 有一定的局限性 ， 同时也非常 的方便 。 Ｎ Ｙ 软件 系统 中有两种建模 的方法 ：自顶而 Ａ ＳＳ
体模型和通过 Ａ Ｓ Ｓ Ｎ Ｙ 软件 自身来直接创建实体模型。 对 方法的实质都是就将实体模 型分解成为许 多个 “ 微元 ” ， 于第一种通过外接 口导入实体模型的方法 ，类似于将 已 这些 “ 元 ” 微 在应 力分析 的过程 中就从 当“ 传感器 ” 的作 经 做 好 的文 件 拷 贝进 入 电脑 中 ， Ｎ Ｙ Ａ Ｓ Ｓ软 件 可 以直 接 利 用 。 映射 网络 划分 能 够 将 实体 划 分 成 为 十分 规 则 的形 状 ， 用 它来 进 行工 作 。这 种方 法 适 用 于 比较 复 杂 的 结 构模 型 当然 这 也 要 求 实 体 在 划 分 前 本 来 就 具 有 规 则 的面 和 体 ；
基于ANSYS对压力容器的应力分析与结构优化
基于ANSYS对压力容器的应力分析与结构优化发表时间：2019-09-03T17:05:27.837Z 来源：《科学与技术》2019年第07期作者：杨照林[导读] 在实验中为了获得较为精准的应力分布和参数，可以用有限元分析软件ANSYS对压力容器进行分析和设计。
通用电气（上海）电力技术有限公司武汉分公司湖北省武汉市 430205摘要：在实验中为了获得较为精准的应力分布和参数，可以用有限元分析软件ANSYS对压力容器进行分析和设计。
并可以在压力容器的设计中得到最佳的方案。
关键词：ANSYS；压力容器；应力分析；结构优化在实际的应用需要中，压力容器的设计主要分为两大类；第一类是在在总体不连续区的结构中很大部分后产生应力。
应力也可以称为容器的几何形状和材料的不连续。
同时也有局部的不连续，即材料或载荷的不连续。
第二类的结构有相对较小的范围内会产生影响应力。
由于国内外的科研人员运用了有限元来对压力容器的压力的不连续区进行应力分析。
科研人员在载荷作用下，压力容器的不连续区会产生弯矩，同时也会导致压力容器的不连续区的应力大于其它压力容器的区域。
使得产生压力容器的这个区域容易失效1 问题描述在某容器中设计容器的压力为P=16 MPa。
将容器的温度为T=165℃。
同时将容器壁厚设计为 T 1 =105 mm和容器的封头内径为 R 2 =815 mm。
在压力容器的封头和压力容器筒体的连接部分进行优化设计。
在压力容器的不连续区结构中对筒体和封头厚度不变的情况下进行优化。
并改变压力容器的锥形段长度和斜边倾斜角的情况下，压力容器的不连续区的应力集中最小。
综上所述可得优化设计的数学模型为联立力平衡方程和变形协调方程的解。
在联立解中K 为应力集中系数。
2 有限元模型单元类型选择因为压力容器的几何结构是对称的，所以在压力容器的2D实体中可以运用软件来分析2D平面压力容器的应力和轴对称的问题。
因此压力容器同时受到的对称载荷作用是一样的。
利用ANSYS软件对压力容器进行应力分析
利用ANSY S软件对压力容器进行应力分析韩 敏(西安科技大学,西安710054)摘要:利用ANSY S有限元软件对压力容器进行应力分析,获得了压力容器的应力分布图。
经分析发现,ANSY S软件分析的结果与真实情况基本一致。
整个建模、分析过程充分说明ANSY S 软件为压力容器的结构设计提供了可靠、高效的理论依据。
关键词:压力容器;ANSY S;有限元;应力分析中图分类号:TH49 文献标志码:A 文章编号:100320794(2008)0120073202Stress Analysis of Pressure Contain with ANSY S Softw areH AN Min(X i’an University of Science and T echnology,X i’an710054,China)Abstract:The static force im paction of a pressure contain with ANSY S s oftware was analysed and the stress distribution drafts of them were g otten.Through theories analysis,the result of finite-element analysis is proved to be acceptable,and it provides the theories support to today’s machine optimize design.K ey w ords:pressure contain;ANSY S;finite-element;stress analysis计方法,得出的结构强度结果比较保守,这就限制了容器整体性能的提高和材料的有效利用。
分析设计依据标准JB4732《钢制压力容器—分析设计标准》,它是基于“塑性失效”与“弹塑性失效”准则,其理论基础是板壳力学、弹性与塑性理论及有限元法,是根据具体工况,对容器各部位进行详细地应力计算与分析,在不降低设备安全性的前提下选取相对较低的安全系数,从而降低了结构的厚度,使材料得到了有效的利用。
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[1] 李允文.工业机械手设计[M].北京:机械工业出版社,1997. [2] 韩泽光,洪艳,郑夕健.单自由度仿真机械手驱动机构的多
目标优化设计[J].沈阳建筑大学学报,2008,(24).
限 元 软 件 能 够 获 得 压 力 容 器 的 最 大 应 力 和 应 变 能 力 ，该 软 件 分 析 出 来 的 结 果 十 分 接 近 实 际 情 况 。在 压 力 容 器
的结构设计的过程中，ANSYS 能够提供必须的理论数据，是压力容器的设计更为科学合理。文章主要对基于
ANSYS 有限元软件进行设计的压力容器应力进行研究分析，得出相关的结论。
分有效的，所以说，运用 ANSYS 软件系统来分析与温度 有关的压力容器的热应力是十分科学可行的。
3结语
以上通过具体实例说明了 ANSYS 软件在压力容器 应力分析方面的作用，同时也分析了 ANSYS 软件在压力 容器的热应力分析方面的应用。了解了 ANSYS 的具体作 用和优点，可以发现，运用 ANSYS 软件来对压力容器进 行应力分析有一定的实用性和科学性，它具有方便简单、 精准度高等特点，它分析所得数据是可靠而有效的，在压 力容器的设计方面具有十分重要的意义。
第 31 卷第 2 期
易 亮，等：基于 ANSYS 的典型压力容器应力分析
85
力过高可能会直接损害到低温容器。所以，如何解决热应 力的问题对于压力容器的制造行业来说也是一大关键。 首先，要认真分析热应力的产生条件，确定元件的温度 场，从而知道热应力的具体数值。对于稳态的热应力，确 定它的元件的温度场还是比较容易的，因为它的温度场 不随时间的变化而变化。但是，对于非稳态的热应力相对 来说确定温度场就比较困难了，因为影响它的温度场变 化的因素有很多，所以，很难分析出它的温度场，即使能 够用实验的方法来确定，所得的热应力的数值与实际的 数值也有很大的偏差。但是如果运用到 ANSYS 技术来进 行分析，就能够十分准确的得到元件的温度场的数值。基 于有限元的 ANSYS 程序能够通过耦合场来解决热应力 的问题。一种比较直接的方法就是运用温度和位移的自 由度来确定耦合单元，这样就能够得到热应力分析的数 据和结果；而另外一种间接的方法就是先对容器内的元 件进行热分析，再将得到的温度数值融入到整个的热应 力分析当中去。科学家们曾运用 ANSYS 程序检测了部分 压力容器的元件的温度场，发现在对压力容器进行温度 场分析和热应力分析以后，所得的数据和实际值十分接 近，这也就说明了 ANSYS 技术在热应力的分析方面是十
参考文献：
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（上接第 83 页） AB 和 AB’分别为杆 AB 的左右极限位 置，其夹角为 30°；O 点、A 点坐标已知。为确保丝杠的 长度不至于过长限定在 AB 杆从 AB 位置运动到 AB’位 置时，CC’的长度为 15 mm，将杆长条件带入式（1）和式 （2）计算得杆 BC 的长度为 15。 2.2 底盘转动机构
在底盘转动方面，选用了蜗轮蜗杆机构。蜗轮蜗杆的 正确啮合条件：Px1=Px2。即蜗杆的轴向模数等于蜗轮的端 面模数。蜗轮蜗杆参数见表 1。
表 1 蜗轮蜗杆参数表
蜗杆参数
蜗杆参数 蜗轮参数 蜗轮参数
轴向模数 压力角 直径系数
6
端面模数 6
20°
压力角
20°
4
齿数
20
轴向分度圆直径 24 mm
蜗杆头数
2
压力容器中存在一些受压的元件，这些受压的元件 不仅要承受外力对它的机械应力，还要承受一定的热应 力，因为压力容器在承受压力的同时它内部的元件会产 生一定的热力使温度场发生变化。之所以产生热应力是 因为压力容器内部的温度升高引起了热膨胀从而产生了 力的作用。元件温度场的变化而产生的热应力可以分为 非稳态热应力和稳态热应力两种基本类型。热应力在低 温容器的使用过程中对于低温容器是极为不利的，热应
蜗杆导程角 γ 26.57°
螺旋角
26.57°
外轮毂直径 50 mm
内轮毂直径 25 mm
中心距：a= 1 （d1+d2）= m（q+z2）= 6×（4+20）=72
2
2
2
3 整体三维造型
以上为教学机械手主要机构的设计尺寸，其他尺寸 由于篇幅所限不在叙述。利用计算的设计尺寸在 Pro/E 软 件中进行建模。得到如图 2 所示的机械手整体模型效果 图和如图 3 所示的整体模型效果图。
② ANSYS 主 要 的 应 用 领 域 。ANSYS 软 件 主 要 应 用 于：航空航天、船舶、医疗、汽车工业、车辆、生物医学、桥 梁、建筑、电子产品、通信、重型机械、石油、微机电系统、 运动器械等领域。
2 运用 ANSYS 有限元软对压力容器进行应力分 析
2.1 ANSYS 软件对压力容器模型的设计与建造 压力容器模型的设计是通过实体建模来实现的。
第 31 卷第 2 期 Vol.31 No.2
企业技术开发 TECHNOLOGICAL DEVELOPMENT OF ENTERPRISE
2012 年 1 月 Jan.2012
基于 ANSYS 的典型压力容器应力分析
易 亮，向中凡
（西华大学 机械工程与自动化学院，四川 成都 610039）
摘 要：利用 ANSYS 有限元软件对压力容器进行应力分析是当前应用比较广泛的一项科学技术，ANSYS 有
图 1 实体模型
上面实例运用的是自顶而下的实体建模的方法，通 过有限元的分析，生成了上述图片。 2.2 网格的划分
当建模完成之后，接下来对模型进行网格划分。网格 的划分可以分为映射网络划分和自由网格划分，这两种 方法的实质都是就将实体模型分解成为许多个“微元”， 这 些“ 微 元 ”在 应 力 分 析 的 过 程 中 就 从 当“ 传 感 器 ”的 作 用。映射网络划分能够将实体划分成为十分规则的形状， 当然这也要求实体在划分前本来就具有规则的面和体； 自由网格划分对于每个单元没有具体的形状限制，划分 出来的网格也没有固定的规则，只要划分的够细，就十分 适合于分析复杂的元件的应力情况。 2.3 对于压力容器的热应力分析
图 2 机械手整体模型效果图
图 3 整体模型效果图
4结语
本文讨论了一种新的教学用的机械手的设计, 能较 准确的展示机械手应有的功能，结构简单，运用了很多常 见的机构，具有很高的教学使用价值，希望在教学中能得 到应用。
参考文献：
图 1 坐标系
由上述相 关 参 数 的 计 算 可 得 ： 传 动 比 ：i= z2 = 20 z1 2
关 键 词 ：AN SYS；有 限 元 软 件 ；压 力 容 器
中图分类号：TH49
文献标识码：A
文章编号：1006-8937（2012）02-0084-02
1 ANSYS 有限元软件的概述
①ANSYS 有限元软件的含义和作用。ANSYS 有限元 软件是一种能够分析流体、结构、磁场、电场和声场的大 型的、通用的商用有限元分析软件，是目前市场上应用最 广泛的 FEA 程序，也是典型的 CAE 软件。主要用于对压 力容器的应力分析设计中。该软件主要包括前处理模块、 分析计算模块和后处理模块三个部分。前处理模块用于 建立几何模型和自动划分有限元网格；分析计算模块可 对各种加载进行分部设置；后处理器模块能够对提供的 结果进行有效的分析，这样就简化了设计师对于产品的 设计过程。
作者简介：易亮，西华大学机械工程与自动化学院。
下和自底而上的建模方法。自顶而下的建模方法能够先 创建高级的图元，它能够自动设计与之相关的点线面；自 底而上的建模方法先创建关键点，再根据关键点设计相 关的线和面。下面通过运用第二种方法建模的具体实例 来说明 ANSYS 软件的建模功能。
假设设计的压力容器的总长度 L=2 500 mm，容器的 壁厚 R=15 mm，容器的内直径 D1=500 mm，设计的压力 P=1.5 MPa， 弹 性 模 量 E=205 GPa， 进 气 口 的 内 直 径 D2=200 mm。设计出的实体模型如图 1 所示。
ANSYS 软件的建模方法主要有两种：通过外接口导入实 体模型和通过 ANSYS 软件自身来直接创建实体模型。对 于第一种通过外接口导入实体模型的方法，类似于将已 经做好的文件拷贝进入电脑中，ANSYS 软件可以直接利 用它来进行工作。这种方法适用于比较复杂的结构模型 和曲面模型，因为一些复杂的模型在 ANSYS 软件系统中 难以构建且耗时较长，所以需要利用其它的建模工具来 创建，创建完成后通过 ANSYS 软件自带的 CAD、CAE、 CAM 数据输入接口实体模型导入 ANSYS 软件系统中， 这样就节省了创建复杂模型的时间，提高了设计的效率； 对于第二种通过 ANSYS 软件自身来创建实体模型的方 法，可以用来创建较为简单的实体模型，ANSYS 软件系 统中有非常方便的菜单功能，设计师只需要运用相关的 命令就可以直接创建简单的实体模型了，这种方法一般 用在简单的建模设计当中，有一定的局限性，同时也非常 的方便。ANSYS 软件系统中有两种建模的方法：自顶而