基于有限元分析的安全壳贯穿件的封头应力计算
封头计算方法范文
封头计算方法范文封头是一种常见的管道连接部件，用于连接不同直径或不同规格的管道，实现管道的连接和转向。
封头的形状和尺寸根据具体的应用需求而定，在工业领域有广泛的应用。
封头计算是确定封头尺寸和厚度的过程，它涉及到材料力学性能分析和工程力学的运用。
下面将详细介绍封头计算的方法。
首先，确定封头的形状和类型。
封头的形状有很多种，例如平板封头、凸面封头、球冠封头、扁平封头等。
不同形状的封头对应不同的应力分布，因此需要根据具体的工程要求来选择适合的封头形状。
其次，根据工程要求和使用条件确定封头的材料。
封头常用的材料有碳钢、不锈钢、铝合金等。
不同的材料具有不同的物理力学性能，因此需要选择合适的材料来满足工程要求。
然后，进行封头受力分析。
封头在使用过程中会受到内压、外压和温度等多种力的作用。
通过受力分析，可以确定封头的最大应力和应变，从而确定封头的厚度。
接下来，计算封头的最大应力和应变。
根据封头的几何形状和受力情况，可以通过工程力学的方法计算出封头的应力和应变分布。
在计算过程中需要考虑材料的弹性模量、泊松比等参数。
最后，根据应力和应变的计算结果，确定封头的厚度。
封头的厚度需要满足强度和刚度的要求，通过对应力和应变的分析，可以确定封头的最小厚度。
除了以上的基本计算方法，实际的封头计算还需要考虑一些特殊因素，如焊缝强度的计算、腐蚀和磨损的影响等。
在进行封头计算时，需要综合考虑这些因素，确保封头的安全可靠性。
总结起来，封头计算是一项复杂的工程计算工作，它需要综合运用材料力学和工程力学的知识，结合具体的工程要求和使用条件进行分析和计算。
只有通过科学合理的计算方法，才能确保封头的设计和使用符合工程要求，并且具有良好的安全性和可靠性。
固体发动机壳体弹塑性问题的实验应力计算方法
固体发动机壳体弹塑性问题的实验应力计算方法固体发动机壳体是航天器的重要组成部分，其强度和稳定性对于保证航天器的安全运行起着重要的作用。
在设计和制造固体发动机壳体时，需要进行弹塑性问题的实验应力计算，以评估其性能并进行必要的优化。
本文将介绍固体发动机壳体弹塑性问题的实验应力计算方法。
首先，固体发动机壳体的应力计算可以使用有限元方法进行。
有限元方法是一种数值计算方法，通过将实际结构划分为有限个小单元，然后利用数学模型和边界条件，求解每个小单元的应力和位移，从而获得整体结构的应力分布情况。
在固体发动机壳体的应力计算中，可以将壳体划分为多个小单元，然后采用有限元分析软件进行计算。
其次，固体发动机壳体弹塑性问题的实验应力计算需要考虑材料的本构关系。
壳体材料通常是金属材料，其弹塑性行为可以用各向同性的线性弹性模型和von Mises屈服准则进行描述。
根据von Mises屈服准则，壳体的屈服判据可以表达为：f = √[(σ1-σ2)^2 + (σ2-σ3)^2 + (σ3-σ1)^2 + 3τij^2] - σy <= 0其中，f为屈服准则；σ1、σ2、σ3为壳体各个主应力；τij为壳体剪应力；σy为屈服强度。
在实验应力计算中，可以通过施加不同的载荷和边界条件，来模拟固体发动机壳体在实际工作状态下的应力分布情况。
例如，可以施加压力载荷，模拟燃烧室内高压气体对壳体的冲击力；还可以施加温度变化载荷，模拟发动机在工作过程中的温度变化对壳体的影响。
通过实验应力计算，可以获得固体发动机壳体在不同工作条件下的应力分布情况，进而评估其性能是否满足要求。
最后，固体发动机壳体弹塑性问题的实验应力计算还需要考虑材料的变形特性。
在实验应力计算中，需要将壳体的应力与变形进行耦合。
可以通过引入壳体的几何非线性效应和材料的本构非线性效应，来模拟壳体在工作过程中的变形特性。
例如，可以考虑壳体的大变形，以及材料的塑性变形。
通过实验应力计算，可以获得固体发动机壳体在不同工作条件下的应变分布情况，进而评估其变形程度是否满足要求。
课程设计--高压容器筒体与封头连接处应力分析
高压容器筒体与封头连接处应力分析1、问题描述某高压容器设计压力为P=16MPa，筒体内径为R=900mm，筒体壁厚为T1=100mm，封头壁厚为T2=48 mm，筒体削边长度L=95 mm，试对该高压容器筒体与封头连接区进行应力分析，并进行优化。
2、分析问题由于主要讨论封头与筒体过渡区的应力状态，故忽略封头上其他结构，建立如下模型，其中筒体长度远大于边缘应力衰减长度，此处取用体长度为Lc=1200 mm。
有限元采用PLANE82单元，并设定轴对称选项。
通体下端各节点约束轴向位移，球壳对称面上各节点约束水平位移，内部施加均匀压力面载荷。
3、分析过程1、环境设置（1）以交互模式进入ANSYS,在总路径下建立子路径，工作文件名取为wb（2）设置标题：执行Utility Menu>Change Title命令，弹出Change Title 命令，输入wb ，单击OK按钮，关闭对话框。
（3）初始化设计变量：执行Utility Menu>Paramerters>Scalar Paramerters命令，弹出Scalar Paramerters对话框，输入数据。
2、定义单元材料（1）定义单元类型：执行Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete命令，弹出Element Type对话框，单击Add按钮，弹出Library of Element Types 对话框。
（2）单击OK，退回至Element Type对话框。
（3）设置对称轴选项：在Element Type对话框中，单击Option按钮，设置PLANE82 element type options 选项，在Element behavior K3 下拉框中选择Axisymmetric，单击OK。
（4）定义材料属性：执行Main Menu>Preprocessor>Material Props> Material Model命令，弹出如下对话框：（5）单击Isotropic项，弹出如下对话框：3、创建模型（1）生成球壳部分子午面：执行Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Circle>PartialAnnulus命令，弹出如下对话框（左），生成图形（右）：（2）生成筒体子午面：执行Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Rectangle >By 2 Corners命令。
基于三维有限元法的层合圆柱壳应力分析
3 层 3 × 16 节 点相对 自由 度壳元 与 32 节点 相对 自由度 三层 壳元
3 layers of 3 × 16 nodes relative-freedom shell elements and 32 nodes and 3 layers relative-freedom shell element
上述483个节点自由度可分为两组为独立的自由度只有3234b经整理后2a2b163个位移协调条件可表示为矩阵形式j1引入48个拉格朗日乘子48个约束条件加入到单元势能泛函中去由最小势能原理可得到j11j12是一个176阶的线性代数方程组从中消去拉格朗j12813因此在计算图32节点相对自由度三层壳32节点的相对自由度分别为第一层壳元的节点位移差与中面平均位移第二层壳元与第三层壳元的中面平均位移14单元刚度阵改为10式所示的折算刚度阵点力矩阵改为11式的折算节点力其中1是加在第一三层中面的载荷即节点力可加在第131621242932节点上
上式 中 n 为层 号 , 其余 y i , zi , vi , wi 的 表达 式与 上式类似。 可以看出 : ( x i+ 4 , y i + 4 , zi + 4 ) 是原三维等参 实 体元 的中 面节点 坐 标 ; ( ui+ 4 , v i+ 4 , wi+ 4 ) 是 中面 节 点位 移 ; 而 ( x i , y i , zi ) 是原来节 点对于 中面节点 的距 离 ( 矢量 ) ; ( ui , vi , wi ) 是该两点的相对位移。 ( 2) 第Ⅰ层的下面节 点与第Ⅱ层的上 面节点满 足位移连续条件
( u 1 , u 2 , … , u 1 6 , u 21 , … , u 2 4 , u 37 , … ,
基于有限元ANSYS的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 01.1 设计参数 01.2 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 (3)2.3 划分网格 (4)2.4 边界条件 (4)3 应力分析及评定 (4)3.1 应力分析 (4)3.2 应力强度校核 (5)4 分析结论 (7)4.1 上封头接头外侧 (8)4.2 上封头接头内侧 (11)4.3 上封头壁厚 (14)4.4 筒体上 (17)4.5 筒体左 (20)4.6 下封头接着外侧 (24)4.7 下封头壁厚 (27)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 MPa7.2最高工作压力 MPa 6.3设计温度℃0~55工作温度℃5~55压缩空气 46#汽轮机工作介质油焊接系数φ 1.0腐蚀裕度 mm 2.0容积㎡ 4.0容积类别第二类筒体29.36计算厚度 mm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℃设计应力强材料名称厚度弹性模型泊松比度1.92×钢管20≤10mm150 MPaμ=0.3103MPa1.92×μ=0.3锻钢Q345≤100mm185 MPa103MPa1.92×钢板16MnR26~36188 MPaμ=0.3103MPa1.92×μ=0.3锻钢16Mn≤300mm168 MPa103MPa2 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。
有限元分析中的应力
你真的了解有限元分析中的“应力”吗Feaforall虽然在有限元分析中我们常常会用到软件后处理程序得出的应力值（stress），但其实应力有很多值得我们研究的地方。
如果我们把作用于物体的力产生的各处应力汇总起来，那么应力也就像流体分析CFD中的速度或者压力一样形成应力场“流过”物体，我们抓取感兴趣的地方来进行强度的评估。
然而，由于应力状态变化复杂，并不好在3D单元中进行可视化，所以我们更需要根据软件已有的功能来探究应力的意义。
1. 几乎所有的有限元分析结果中，默认的应力结果是冯米斯应力（Von Mises），冯米斯应力是一个标量结果，并没有力的方向性指示。
学过材料力学的应该知道还有一种应力是主应力（principle stress），主应力是矢量，某些情况下也是非常有用的，那么他们之间有什么区别？2.物理内部的受力在不同部位都不一样，我们怎样尽可能多的去研究内部力场的不同特性并且通过软件可视化出来呢？下面我们将探究上面的两个问题。
什么是应力？首先我们先说说什么是应力。
众所周知，应力（stress）是单位面积上作用的力（forces）。
我们并不好感知或者测量应力，但力（force）是实实在在的，我们可以很好的感知和测量。
物质总是由原子构成的，从原子的维度看，原子之间相吸或者相斥。
物体在没有受力的状态下，原子处于自然状态，所有的力互相平衡，如果物体受到外部力的作用，原子就会偏离平衡位置去寻找新的平衡位置来平衡外部力。
如下图所示，相同长度L上分别有两排5对的原子和两排6对的原子，如果假设原子之间的吸引力相同，那么单位长度上6对原子的应力要比5对的大，扩展到宏观的3D情形同样适用。
力和应力单元微积分学科的发展可以使我们通过数学运用无限（无限大或者无限小）的原理来处理很多实际问题，宏观物体的受力是微观单元的叠加。
在材料力学中，我们把一个无限小的立方体（cube）单元来描述某一点的受力情况。
为什么无限小呢？因为由于无限小，小到物体内部力是均匀的，没有应力变化，只有一种应力状态。
基于ANSYS Workbench 的不同形式压力容器封头的应力分析
河南科技 Henan Science and Technology
工业技术
基于 ANSYS Workbench 的不同形式 压力容器封头的应力分析
邵海磊 郭海伟
（郑州四维新材料技术研究院有限公司，河南 郑州 450000）
摘 要：本文运用 ANSYS Workbench 有限元分析软件对储氢罐压力容器在单位压力（1MPa）下的应力状态进
由图 5 可以看出，径向应力在筒身部分几乎保持不 变，封头部分出现应力集中现象。随着椭圆半轴的增加， 封头呈球形时，筒体部分的径向应力保持不变，椭圆封头 上接近筒身的连接点处的径向应力逐渐减小，并且在封 头为球形时，封头与筒身的径向应力相等。随着椭圆半 轴的长度大于筒身半径，封头部分的径向应力又开始逐 渐变大。
由图 6 可以看出，内壁上切向应力的分布呈“W”形， 切向应力在筒身部分基本保持不变，在与封头的接触处 逐渐减小，过了连接点后快速增加，然后急剧下降，再趋 于稳定，在连接点处存在应力集中现象。随着椭圆半轴 的增大，应力集中现象逐渐减小，在身与封头上的切向应 力分布也越均匀。
Abstract: This paperused ANSYS Workbench finite element analysis software to analyze the stress state of hydrogen storage tank pressure vessel under unit pressure (1MPa), and obtainedthe stress distribution on the inner wall of the cylinder and the head under elliptical head and spherical head. At the same time, the radial, tangential and circumfer⁃ ential stresses of the elliptical head pressure vessels with different half-axis lengths were calculated, and compared with the stress distribution of the spherical head, the form of the head with good stress distribution was obtained. Keywords: pressure vessel；dish head；stress analysis；ANSYS Workbench
基于有限元的T形焊接接头应力计算公式探讨
中原 工学 院学 报
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ０Ｆ Ｚ ０ＮＧＹＵＡＮ Ｈ ＵＮＩ ＶＥＲＳ ＴＹ Ｉ ０Ｆ ＴＥＣＨＮ０Ｌ０ＧＹ
Ｖｏ ． １ ＮＯ １ １２ ．
Ｆｅ ｂ．， ２Ｏ１ ０
文 章 编 号 ：６ １ ６ ０ （ ０ ０ ０ — ０ ２ —０ １７— ９６２１）１ ０１ ４
定 ．然 而 ， 由于焊缝本 身形 状不 规则 ， 存在 严 重 的应 且 力集 中， 其是角 焊 缝 ， 力 分 布 非 常 不均 匀 ， 尤 应 导致 焊 缝 连接计算 非常 复杂 ， 它往往 是结 构 的薄弱环 节 ， 为 成
图 １ Ｔ 型 焊 接 接 头 焊 缝 尺 寸
导致 支架结 构破坏 的重要 因素ｎ ．本文对 Ｔ形接 头焊 ］ 缝应力计 算公 式 的计算 原 理 进 行 了分 析 ， 借 助 有 限 并
・
２ ２・
中 原 工学 院学 报
２１ 年 第 ２ ００ １卷
设计 原则 ， 即焊缝 的应 力 等 于母 材 的 应力 ， 是 ， 但 焊缝
本 文 定 义 在 竖 板 上 不 受 焊 缝 影 响 处 的 应 力 或 最
上各 处 的应 力大小 是 不 同 的 ， 于是 就 规定 以焊 缝 的有 效厚 度上 的平均应 力作 为焊缝 应力 ． 对于拉 伸和 面 内受 力 ， 献 Ｅ ３ ［ ］给 出 的焊 缝 文 ３ 、４
基 于 有 限元 的 Ｔ 形 焊 接 接 头应 力计 算 公 式 探 讨
王 学明 ， 醒培 梁
（ 南工 业大 学 土 木 建 筑 学院 ， 州 ４ ０ ５ ） 河 郑 ５ ０ ２
摘
要 ： 分 析 了 Ｔ 形 贴 角 焊 缝 接 头 应 力 公 式 的 计算 原 理 ， 和 其 他 相 关 文 献 的焊 缝 应 力 计 算 公 式 进 行 了对 比．采 用 有 并
压力容器大开孔补强计算——等面积法、分析法和有限元应力分析法
压力容器大开孔补强计算——等面积法、分析法和有限元应力分析法【摘要】首先对压力容器大开孔补强计算中涉及的应力特点及强度分析进行阐述，然后将目前存在的三种主要的补强计算方法的计算原理、特点等做了详细的介绍，并对三种不同的方法的优缺点进行比较总结，从而要求设计的容器更加符合安全、经济等多方面的要求，实现优化设计的目的。
【关键词】压力容器大开孔补强等面积法分析法及有限元应力分析法在设计者设计容器及压力容器的过程中通常都需要设计计算壳体的大开孔补强，GB150-2011即钢制压力容器中规定了容器壳体开孔范围，根据壳体的内径不同，分别作了明确地规定，当内径小于1500毫米时，开孔的最大直径要小于等于二分之三的内径，且不能大于520毫米；而当其内径大于1500毫米时，开孔最大直径则应当小于等于三分之二的内径，且其直径不能大于1000毫米。
本文中的容器的大开孔指的是超过以上范围的开孔。
现如今，主要是通过等面积法、分析法及有限元应力分析法三种方法计算压力容器大开孔的补强。
1 大开孔应力特点及强度分析对压力容器的壳体做开孔后，容器开孔的边缘会形成较为复杂的应力状况，以下是对会引起的三种应力的详细描述。
1.1 局部薄膜应力一般来说压力容器的壳体承受的都是一次总体薄膜应力，指的是它承受的薄膜应力是均匀的。
而对其进行开孔后，会导致其面积的减少，即该截面的承载压力的面积减少，将会破坏其原有的均匀受力的情况，对开孔的周边其变化尤为明显，其应力会明显的增加，而对远离开孔的地方，其应力则基本不受影响。
此种仅在开孔附近发生变化的应力被称为局部薄膜应力，同时若这种应力引起失效，则被称为静力强度失效。
1.2 弯曲应力当容器开孔后，一般需要有另外的一个壳体与被开孔的容器相互贯通。
即需要设置接管、人孔。
两个相连通的壳体在压力的载荷作用下的直径的增大度一般来说不同，而当对其进行接管后，为了平衡、协调其不一致的变形，壳体自身通常会产生一种被称为边界内力的平衡力。
套管头结构应力分析及评价
套管头结构应力分析及评价摘要：采用有限元软件建立套管头整体有限元模型，计算套管头在不同工况条件下的应力。
得到了套管头壳体各部分及内部悬挂器的应力分布状态，依据给出的复杂应力评定标准对其进行强度评价，并计算出不同类型套管头的极限悬挂载荷，为套管头安全可靠的工作提供了技术保证。
结果表明，套管头最终悬挂载荷取决于套管头壳体自身因素、内部悬挂器承受的极限重量和套管自身的强度等三方面的因素。
关键词：套管头；有限元；应力；强度分析套管头是套管和井口装置的重要连接件，是安装井口防喷装置的基础。
套管头连接于表层管，悬挂除表层套管以外的其它套管，承受部分或全部的套管重量，套管头还密封各层套管的环形空间，承受套管环空的压力，具有重要的使用价值。
开展了不同工况条件下套管头力学分析，并对其整体及局部的应力进行应力分析及强度评价，得到不同工况下套管头的极限悬挂载荷。
一、整体套管头力学分析模型(1)建立有限元模型。
根据套管头结构特点和载荷特性，选择整个套管头为研究对象，同时考虑壳体开孔对其应力分布的影响、悬挂器螺纹和卡瓦牙在套管重量和内部压力作用下的局部分析，以及内部悬挂器与壳体的接触非线性行为，对套管头及其内部结构进行建模，建立了图1所示的实体模型和三维空间非线性有限元模型，以及悬挂器螺纹和卡瓦牙的局部轴对称模型，见图2。
(2)计算参数。
载荷：套管头受自重、内压、螺栓预紧力、悬挂器及局部悬挂套管作用，而局部套管受到内压和悬挂载荷作用。
边界条件：悬挂器与套管头壳体接触面为接触摩擦边界，表层套管下端为位移约束。
根据固井工艺及套管头承受载荷情况，选取最危险的两种工况对套管头进行应力分析；一级坐挂＋试压35MPa和二级坐挂＋试压70MPa。
二、套管头复杂应力评价标准套管头有限元统一的应力评定标准对套管头本体及内部构件进行评定。
参照SY/5127-2002标准，对于套管头本体的应力评定应将套管头本体的材料分为标准材料和非标准材料。
有限元分析作业问题描述
1.高压容器筒体与封头的连接区的应力分析
问题描述:
某高压容器设计压力P=16MPa，设计温度T=200℃，材料为Q345R。
筒体内径R1=775mm，壁厚t1=100mm；封头内径R2=800mm，厚度t2=48mm．筒体削边长度L=95mm，试对该高压容器筒体与封头进行应力分析。
图1 高压容器球形封头与筒体的连接区结构
2．加氢反应器裙座支撑区的机械应力分析
问题描述：
某加氢精制反应器，设计压力P=8.8MPa，设计温度T=347℃。
材料为
1
21
4
Cr Mo
-，弹性模量E＝2.0X105MPa，泊松比0.3
μ=。
设计温度下材料设计应力强度：裙座锻造结构Sm=115.5MPa；筒体及封头主体（板材）Sm1=153.7MPa。
设备总重m0=270000kg。
h型锻件尺寸为：筒体内半径R1=1406.5mm．壁厚t1=87mm；球封头内半径R2＝1416.5mm，壁厚t2=52mm；裙座壁厚t3=22mm；过渡圆角半径r=20mm；锻造高度H=568mm。
试对该加氢反应器裙座支撑区的应力进行分析。
图2 h型锻件示意图。
基于有限元分析的安全壳贯穿件的封头应力计算
基于有限元分析的安全壳贯穿件的封头应力计算摘要：在安全壳C类试验过程中，需要对安全壳换气通风系统的4个贯穿件的蝶阀进行密封性能试验。
在打压试验的过程中需要使用封头作为专用打压工具对这4个贯穿件进行密封性能试验。
该封头用于密封贯穿件的一侧，从封头处充气，并用相关仪器进行检测蝶阀的泄漏量。
根据一个已有的设计方案的封头，对其进行应力计算分析，并进行优化。
关键词：封头有限元分析安全壳贯穿件1.引言随着计算机技术和计算机方法的发展，有限元法在工程设计和科研领域得到了越来越广泛的重视和应用，已经成为解决复杂工程分析计算问题的有效途径，从汽车到航天飞机几乎所有的设计制造都已离不开有限元分析计算，其在机械制造、材料加工、航空航天、汽车、土木建筑、电子电器、国防军工、创博、铁道、石化、能源和科学研究等各个领域的广泛使用已使设计水平发生了质的飞越。
2.封头计算的流程由于现场环境复杂，并且从核岛内搬运封头需要依赖人力操作。
因此封头重量的减少显得更加重要。
封头依据实际工况条件使用有限元方法计算封头的应力，在满足材料屈服应力情况下，尽量优化封头的模型。
依据实际的受力过程，将封头分成两部分进行计算（如图1）。
壳体壁厚的计算通过有限元分析模拟壳体的应力应变得到相应的结果，封头法兰也是单独通过有限元的计算来解算其应力应变。
图13.封头的基本模型本文的封头是根据一个已有的封头尺寸。
通过计算封头在密封情况下，螺栓应该施加的螺栓力矩。
本次试验的封头是一个椭圆封头，封头的工况是密封0.5MPa的大气压，主要材料为不锈钢。
在满足密封的情况下，使封头的应力同时满足要求。
图2 椭圆封头封头的密封使用橡胶进行密封，螺栓的预紧力需要大于或者等于空气压力的轴向力和密封压力之和。
图3 封头的安装4.橡胶密封6.封头受力的计算封头轴向受到三个力，螺栓的轴向力、压缩空气压力的轴向力和密封垫片的反力，由力的方向可知，螺栓的轴向力等于压力的轴向力与垫片的反力之和。
壳单元 峰值应力
壳单元峰值应力是指在使用壳单元进行有限元分析时，计算得出的最大应力值。
在有限元分析中，壳单元是一种常用的元素类型，用于模拟薄板或壳体的结构行为。
每个壳单元都有其对应的应力分布，而峰值应力则代表了该单元内的最大应力值。
峰值应力的计算通常涉及复杂的数学和物理模型，这些模型考虑了材料的性质、几何形状、边界条件以及外部载荷等因素。
有限元分析软件能够自动进行这些计算，并生成详细的应力分布图，从而帮助工程师更好地理解和预测结构的性能。
峰值应力对于结构设计和分析具有重要意义。
过高的峰值应力可能导致结构的破坏或失效，因此工程师需要密切关注这一指标，并采取相应的措施来优化结构设计或改变材料选择，以降低峰值应力并确保结构的安全性和可靠性。
高压压力容器筒体与封头连接处应力分布的有限元分析
高压压力容器筒体与封头连接处应力分布的有限元分析作者：马夕瑞李宁罗超韩雄宗孙涛来源：《科技视界》2015年第24期【摘要】随着科技的快速发展，高压容器作为承压设备已普遍应用于各个领域，因而对高压容器的设计分析尤为重要。
其中压力容器的不连续区往往是压力容器的高应力区，这些不连续区的几何形状一般较为复杂，很难用解析法进行精确求解。
而由传统算术型过渡到有限元模型的方法，使设计更加简便，更加直观地表达了各应力区的受力状况，所以，计算这些区域通常需采用有限元法进行计算。
【关键词】有限元模型；筒体；封头；不连续区；应力分析0 引言在世界范围内，ANSYS已经成为化工设备行业乃至整个机械行业分析软件的主流。
尤其是近十年来，ANSYS软件在化工设备行业发挥着巨大作用，成为该行业分析设计事实上的标准。
ANSYS也为推动CAE分析设计在该领域的普及做出了卓有成效的工作，为提高我国化工设备设计，特别是压力容器的分析设计水平做出了巨大贡献。
1 问题描述现已知压力容器设计压力p=16MPa（H），设计温度T=200℃，材料为16MnR。
筒体内径R1=770mm，壁厚t1=95mm；封头内径R2=780mm，厚度t2=50mm。
筒体双边削薄长度l=90mm。
试对筒体与封头连接区进行应力分析。
2 有限元模型由于主要是分析筒体与封头过渡区的应力分布，故可以忽略封头上的其他结构，如开孔接管，建立图1所示有限元分析力学模型，由于简体长度远大于边缘的衰减长度，故可取简体长度L=1000mm。
图1 有限元分析力学模型图2.1 几何模型根据压力容器的已知各基本尺寸，利用Arbitrary按照一定的先后顺序，生成点、线、面，再由面建立生成的几何模型，如图2所示：图2 压力容器的几何模型图2.2 有限元模型利用ANSYS按照轴对称模型，自上而下建立压力容器剖面区域的有限元模型，如图3所示：图3 压力容器有限元模型图2.3 边界条件压力容器在载荷的作用下，各个部分都会发生弹性变形和位移，但又由于压力容器的结构为轴对称结构，故底部的中心线几乎没有任何变化（如图4），并对其进行全部自由度施加约束，使其接近真实状况。
基于ANSYS换热器法兰有限元分析及应力评定
基于ANSYS换热器法兰有限元分析及应力评定盖超会;肖健;谢小恒;刘慧【摘要】为了换热器在运行过程中，法兰结构安全。
利用 ANSYS 有限元分析软件，对换热器壳体法兰在机械载荷和温度载荷共同作用下的应力强度进行了分析，并对其危险截面做了应力评定和强度校核。
对壳体法兰不同危险部位进行分析与评定并且合格，这样才能保证其安全可靠地运行。
%In order to ensure the safety of the flange structure in the heat exchanger running, the stress intensity of heat exchanger shell flange under mechanical and temperature loads was analyzed by using finite element analysis software ANSYS, and its stress was assessed and stress intensity was checked, its dangerous section was analyzed and assessed.【期刊名称】《当代化工》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】3页(P281-283)【关键词】机械载荷;温度载荷;热应力;应力强度;应力评定【作者】盖超会;肖健;谢小恒;刘慧【作者单位】武汉软件工程职业学院，湖北武汉 430074;武汉工程大学，湖北武汉 430074;武汉工程大学，湖北武汉 430074;武汉工程大学，湖北武汉 430074【正文语种】中文【中图分类】TQ050固定管板式换热器是应用非常广泛的管壳式换热器，法兰是其最主要的承压元件之一。
常规的计算方法是根据弹性薄壳理论，采用比较简单的公式、曲线及图表进行设计计算。
没有考虑壳体法兰上各点的温度差引起的应力，同时还受到换热器规模的限制[1]。
EPR安全壳高能管道贯穿件应力分析
（ ． 国 广 东 核 电集 团 中科 华 核 电 技 术研 究 ， 东 深 圳 ５ ８ ２ ； １中 广 １ １ ４
２ 中 广核 工 程 有 限公 司 ， 东 深 圳 ５ ８ ２ ） ． 广 １ １４
摘 要 ： 绍 了 Ｅ Ｒ 机 组 安 全壳 高 能 管道 贯 穿 件 的 结 构 特 点 ， 对 该 类 型贯 穿 件 的 应 力 分 析 方 法 做 了 重 介 Ｐ 并
２ Ｃｈ ｎａ Ｎｕ ｌ ａ ｗｅ ｓｇ ｍ ｐ ｎ ． ｉ ｃｅ ｒ Ｐｏ ｒ Ｄｅ ｉ ｎ Ｃｏ ａ ｙ，Ｓ ｅ ｚ ｎ ｏ ａ ｇ ｏ ｇ Ｐｒ ｖ ｈ ｎ ｈｅ ｆ Ｇｕ ｎ ｄ ｎ ｏ ．，Ｃｈ ｎ ） ｉａ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｔｈ ｓ ｐ ｐ ｒ ｉ ｔ ｏ ｕ ｅ ｈ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｆｐ ｎ ｔ ａ ｉ ｎ ｏ ｉ ｈ ｅ ｅ ｇ ｉ ｅ ｉ ａ ｅ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ ｔ ｅ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓ ｉｓ ｏ ｅ ｅ ｒ ｔｏ ｓｆ ｒｈ ｇ ｎ ｒ ｙ ｐ ｐ ｓ
１ 结 构 描 述 与 分 析 方 法
Ｅ Ｒ机组 贯穿 件 的机 械 分 级 为 Ｍ２级 ， Ｐ 抗
震分 级为 Ｓ １级 。高 能 管 道 贯 穿 件 的 典 型 结 Ｃ
构 型 式 如 图 １所 示 ， 般 主 要 由 连 接 件 、 管 、 一 套
膨 胀节 、 温层 以及连 接 的流体管 道等 构成 ， 保 使 管 道贯 穿 内 、 两 层 安 全壳 。其 中贯 穿 件 的 连 外 接 件是 主要 受力 部 件 ， 力学 性 能 直接 影 响贯 其
由于 高能 管道 贯穿 件承 受热 载荷 与机 械载 荷 ， 穿件 的应 力分 析通 常分 两步 进行 ： 贯 首先 进 行 热分 析 ， 得到 结构 的温 度分 布 ， 断 安全壳 混 判 凝 土温 度是 否满 足要 求 ； 再进 行 热一 械耦 合 分 机
基于有限元的三通管应力分析与强度评定
在建模上考虑到结构、外载及约束上的对称 性，采用了简化形式，建立了 1 ／ 4 模型，如图 1 所 示， 在网格划分上采用三维 20 节点六面体单元 solid 95，为了确 保计算 结果 的 精 确 度 ，网 格 应 尽 可能规整、均匀，为此整个模型网格通过一些处 理采用映射划分， 模型中共有 29487 节点， 共有 26688 单元，网格划分如图 2。 在工作温度 292℃， 管道材 料 E＝187GPa，泊 松 比 μ＝0．3，设 计 应 力 强 度 Sm＝123MPa。
4 结论
ASME Ⅷ-Ⅱ《美 国 压 力 容 器 规 范 分 析 》要 求 对计算部位的应力作详细计算，按应力性质影响 范围及分布状况将应力分为一次应力、二次应力 和峰值应力。 对于不同性质的应力给予不同的限 制条件。 由于三通所受载荷并非周期性载荷，故 会产生破坏影响的只是一次应力和二次应力，对 峰值应力的影响可以不考虑，因而只需满足如下 两项应力限制条件。 由材料在工作温度 292℃下 的设计应力强度为 Sm=123MPa，从表 2 可以看出：
/MPa
0
图6
-284
-568
（×10-2） -852 1.136 1.416
-142 -426 -71 -994 1.278
离 内 壁 的 距 离 /m
（a）路径 1 总应力分解结果
（×10-2） -384 -768 1.152 1.536 1.922 -192 -576 -96 1.344 1.728
离 内 壁 的 距 离 /m
第 三 强 度 理 论 等 效 应 力/Pa
容器壳体切向接管区应力数值计算和强度分析
Ｅ ］ 庄 茁 ．Ａ ＡＱ ６ Ｂ ｕｓ非 线 性 有 限元 分 析 与 实 例 ［ ． Ｍ］ 北
京 ： 学 出 版 社 ，０ ５ 科 ２０．
［］ 何 ７
柳， 淡
勇 ， 俊 菀 ， ． 于 ＡＮ ＹＳ的 中压 反 应 李 等 基 Ｓ
器 封 头 局 部 应 力 计 算 与 强 度 分 析 ［ ］． 油 化 工 设 备 ， Ｊ 石
Ｅｏ 谢 林 君 ， １］ 任 欣 ． 温 高压 容器 封 头 密 封 结 构 连 接 螺 柱 高
预 紧应 力研 究 ［ ］． 油 化工 设 备 ，０ ０， ９ ５ ：－ ３ Ｊ 石 ２ １ ３ （ ） ９１ ．
的计算 结果 与 按 ＡＳ ＭＥ规 范 的计 算 结 果 进 行 了 比
较 。结 果 表 明 ， 用 ＡＢ 采 ＡＱＵＳ软 件 对 压 力 容 器 进
ＬＩ Ｈ ｕ — ａ ｇ ｉｑｉ ｎ ，ＤＡＮ ｎ 。 Ｗ ＡＮ Ｇ ，Ｈ Ｅ Ｆｅ ｇ Ｙｏ ｇ ， Ｌｉ ｎ
＋ “ ＋ “＋ 一＋ “— “— “－－” －－”—卜 ”— ｒ” 卜 ４ ｔ － ．
－－
＋
“ ＋
“＋ “－ －”— 一”－－”— 一— 一”— ４ ４ － ＋一 － ＋ － 一
摘 要 ： 针 对 某 容 器 壳体 上 切 向 接 管 结 构 的 应 力 计 算 和 强 度 分 析 问 题 ， 用 有 限 元 理 论 和 方 法 ， 立 应 建
数 值 计 算 模 型 ， 用 ＡＮＳ 采 ＹＳ进 行 应 力 计 算 ， 到 了 详 尽 的 应 力 场 。 在 应 力 分 析 的 基 础 上 ， 照 分 得 按
Ａ ＡＱＵＳ的有 限元分 析是 比较 可靠 的 。 Ｂ
表 １ 危 险 截 面 当 量 应 力 有 限 元 法 与 Ａ ＭＥ算 法 Ｓ
冯米塞斯应力计算公式有限元
冯米塞斯应力计算公式有限元
冯·米塞斯应力是材料力学中的一个重要概念，用来描述材料内部的应力状态。
在有限元分析中，我们可以利用冯·米塞斯应力来计算材料的应力分布。
冯·米塞斯应力计算公式是通过有限元方法得出的，它可以用来描述材料在受力时的应力情况。
有限元方法是一种数值分析方法，用于解决复杂的工程和物理问题，包括材料力学中的应力分析。
在有限元分析中，我们将结构或材料分割成有限数量的小元素，然后利用数值方法求解每个小元素的应力和应变。
冯·米塞斯应力计算公式就是通过对这些小元素的力学行为进行建模和分析得出的。
冯·米塞斯应力计算公式通常涉及材料的弹性模量、泊松比以及应变张量等参数。
这些参数可以通过实验测定或者材料性质表中获得。
然后利用有限元分析软件，可以将这些参数输入到相应的计算模型中，从而得出冯·米塞斯应力的分布情况。
需要注意的是，冯·米塞斯应力计算公式是基于一定的假设和理论模型得出的，因此在实际工程中应用时，需要对计算结果进行合理性和准确性的验证。
同时，材料的非线性、温度效应等因素也
可能对冯·米塞斯应力产生影响，因此在实际工程中需要综合考虑这些因素进行分析和计算。
总之，冯·米塞斯应力计算公式是有限元分析中的重要内容，通过合理的建模和参数输入，可以得出材料在受力时的应力分布情况，为工程设计和材料分析提供重要参考依据。
穿舱件应力计算方法比较分析
穿舱件应力计算方法比较分析发表时间：2018-09-12T15:42:36.613Z 来源：《基层建设》2018年第20期作者：任小海[导读] 穿舱件结构是船体壳板、围壁壳板和肋板的组合结构，同时船体壳板外板和围壁壳板的外封板承受一定外压力，由于结构的复杂性，其应力水平难以通过理论分析得到相应的解析解，必须借助有限元工具进行分析，得到其数值结果。
中国船级社质量认证公司河南郑州 450000穿舱件结构是船体壳板、围壁壳板和肋板的组合结构，同时船体壳板外板和围壁壳板的外封板承受一定外压力，由于结构的复杂性，其应力水平难以通过理论分析得到相应的解析解，必须借助有限元工具进行分析，得到其数值结果。
然而在具体采用有限元进行结构的分析过程中，经常会碰到以下问题：(1)仿真分析模型的建立依赖于个人的经验、对实际结构简化的合理程度和对有限元理论的掌握能力，导致计算结果的差异性，从而无法对计算结果进行相关误差评价和分析。
(2)不同结构进行组合时依赖人工衔接，效率低，可靠性差。
(3)仿真分析流程不能做到规范化，求解过程和结果有时难以重现。
因此，为提高有限元计算的效率和计算结果的准确性和可重复性，需要对其影响因素进行分析，并提出相应的仿真分析规范化流程就至关重要。
一、仿真方案设计本文分别采用ANSYS和ABAQUS两种软件进行了计算，在ANSYS计算中，肋骨腹板高度考虑了船体壳板和肋骨面板的一半的板厚，即各结构的尺寸按照壳单元中性面所在的位置进行建模，而在ABAQUS计算的粗网格和中网格的方案中，肋骨腹板高度为考虑船体壳板和肋骨面板的一半的厚度，即肋骨腹板高度按照实际尺寸，肋骨面板向内表面偏移其一半的厚度的尺寸进行建模，其密网格与ANSYS中细网格尺寸相同。
1.几何模型船体壳板、环形肋骨在ANSYS中采用壳单元shell 181，围壁壳板采用实体单元solid 185建模，而在ABAQUS中分别采用壳单元S4R，围壁壳板采用实体单元C3D8建模。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
基于有限元分析的安全壳贯穿件的封头应力计算
发表时间：2018-09-10T11:19:47.627Z 来源：《基层建设》2018年第20期作者：林升镇杨浩丁涛
[导读] 摘要：在安全壳C类试验过程中，需要对安全壳换气通风系统的4个贯穿件的蝶阀进行密封性能试验。
海盐秦核新能设备检修有限公司浙江嘉兴 314300
摘要：在安全壳C类试验过程中，需要对安全壳换气通风系统的4个贯穿件的蝶阀进行密封性能试验。
在打压试验的过程中需要使用封头作为专用打压工具对这4个贯穿件进行密封性能试验。
该封头用于密封贯穿件的一侧，从封头处充气，并用相关仪器进行检测蝶阀的泄漏量。
根据一个已有的设计方案的封头，对其进行应力计算分析，并进行优化。
关键词：封头有限元分析安全壳贯穿件
1.引言
随着计算机技术和计算机方法的发展，有限元法在工程设计和科研领域得到了越来越广泛的重视和应用，已经成为解决复杂工程分析计算问题的有效途径，从汽车到航天飞机几乎所有的设计制造都已离不开有限元分析计算，其在机械制造、材料加工、航空航天、汽车、土木建筑、电子电器、国防军工、创博、铁道、石化、能源和科学研究等各个领域的广泛使用已使设计水平发生了质的飞越。
2.封头计算的流程
由于现场环境复杂，并且从核岛内搬运封头需要依赖人力操作。
因此封头重量的减少显得更加重要。
封头依据实际工况条件使用有限元方法计算封头的应力，在满足材料屈服应力情况下，尽量优化封头的模型。
依据实际的受力过程，将封头分成两部分进行计算（如图1）。
壳体壁厚的计算通过有限元分析模拟壳体的应力应变得到相应的结果，封头法兰也是单独通过有限元的计算来解算其应力应变。
图1
3.封头的基本模型
本文的封头是根据一个已有的封头尺寸。
通过计算封头在密封情况下，螺栓应该施加的螺栓力矩。
本次试验的封头是一个椭圆封头，封头的工况是密封0.5MPa的大气压，主要材料为不锈钢。
在满足密封的情况下，使封头的应力同时满足要求。
图2 椭圆封头
封头的密封使用橡胶进行密封，螺栓的预紧力需要大于或者等于空气压力的轴向力和密封压力之和。
图3 封头的安装 4.橡胶密封
6.封头受力的计算
封头轴向受到三个力，螺栓的轴向力、压缩空气压力的轴向力和密封垫片的反力，由力的方向可知，螺栓的轴向力等于压力的轴向力与垫片的反力之和。
图6 封头的受力分析
其中压缩空气给球形封头的压力的轴向力的公式为：由前文的橡胶密封条件公式，可以计算出总的密封压力，密封垫片的总密封力公式为：由于现场的密封条件有时未能够按照标准达到密封，所以封头法兰出现泄漏的情况下需加大螺栓的力矩，所以在计算封头应力时按照橡胶垫片的最高压缩率40%计算。
在此条件下，通过前文的螺栓的轴向力和力矩的关系式计算所得的螺栓应施加力矩为405N.m，螺栓的轴向力为27431N。
7.封头有限元分析
有限元网格划分是将整体结构离散化，是数值分析的前提。
在分析三维实际问题时需采用三维有限单元，三维问题的基本单元是最简单那结构的4-节点四面体单元，建立的方程组数量最少，能收敛于精确应力数值，减少计算时间，本文选用的是4-节点四面体单元。
本文的
网格模型图的节点数为19800个、单元数为70102个。
图7 网格划分
7.1壳体部分的应力情况
依据前文的受力条件设置夹具和载荷。
根据模拟分析的结果，最大的应力分布在壳体顶部区域。
这块应力极为集中，与薄膜理论计算所得的最大应力一致，。
受到压缩空气压力，顶部向上凸起，壳体边缘处向内收缩，向内收缩处变形也承受比较大的应力。
图8 受压工况应力图
受压工况应力图
通过计算不同的壳体厚度（如表1），需要综合考虑应力的安全系数以及受外力变形情况。
表1 不同壳体厚度下的壳体最大应力
7.2封头法兰的应力、变形情况
从应力分布中可以得知，最大应力分布于法兰上部密封凸台的边缘处。
由于在螺栓的轴向力作用下，法兰边缘处会受到向下变形，密封凸台作为一个杠杆的作用。
因此下部受到了压应力，上部受到了拉应力。
图9 封头法兰受力应力图
通过有限元分析，通过分析不同法兰厚度情况下的最大应力及变形量，从中选择最适合的厚度。
表2 不同法兰厚度下法兰的最大应力及变形量
8.总结
本文结合了有限元，对封头在一定工况下，封头的应力分布进行了探究。
对于非标封头的应用，提供了一定的借鉴意义。
通过探究封头密封的条件，来计算实际工况下的螺栓应采用的扭矩，对实际工作过程有一定的借鉴意义。
参考文献：
[1]倪平.弹性密封闸阀橡胶密封条件分析[J].阀门.2007（02）
[2]周坤、刘美红.法兰螺栓连接中螺栓预紧力的计算和控制方法分析[J].新技术新工艺.2010（08）。