应力分析及疲劳分析报告

预处理塔应力分析及疲劳分析报告

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审核：

全国压力容器标准化技术委员会

一九九八年九月

一、载荷分析

1.用户数据

根据XX设计院所提供的设计图，计算基础数据如下：

预处理塔容器的结构参数见附图1：

2.计算条件

(1) 强度计算条件：

材料在计算温度下的常数：

材料在常温(20℃)下的常数：

注[1]：设计应力强度及弹性模量按JB4732-95

(2) 疲劳计算条件：

载荷与时间的关系示意如下：

时间

二、结构分析

根据预处理塔的结构特点，应进行上封头、下封头及筒体开

孔三部分的应力分析，分别建立力学模型如下：

1．上封头部分：

（1）力学模型

根据上封头的结构特点和载荷特性，采用了轴对称的力学模型。

图1：预处理塔上封头力学模型

（2）边界条件

预处理塔上封头边界条件的位置和方向如图1所示。

位移边界条件：

与筒体相连且在Y=0处： Y=0

力边界条件：

壳体内压P=0.85MPa。

中心接管处的边界等效压力P=8.877MPa。

(3) 单元选择

采用ANSYS 5.4有限元分析软件提供的轴对称8节点等参元（82）进行网格划分（如图1）。

2. 下封头部分：

（1）力学模型

根据下封头的结构特点和载荷特性，采用了轴对称的力学模型。

图2：预处理塔下封头力学模型

（2）边界条件

预处理塔下封头边界条件的位置和方向如图2所示。

位移边界条件：

裙座根部：∆Y=0

力边界条件：

壳体内压P=0.85MPa。

中心接管处的边界等效压力P=8.93MPa,

托架处(壳内物料重)的边界等效压力P=1.54MPa,

筒体直边端处的边界等效压力P=2.72MPa,

(3) 单元选择

采用ANSYS 5.4有限元分析软件提供的轴对称8节点等参元（82）进行网格划分（如图2）。

3.筒体开孔部分：

(1)力学模型

根据筒体的结构特性和载荷特性，力学模型关于XOZ平面近似对称（无开孔部分为应力均匀区），关于YOZ平面对称，只需计算结构的四分之一。

(2) 边界条件

柱壳开孔边界条件的位置和方向如图3所示。

位移边界条件：轴对称约束；Z=0时，∆Z=0

力边界条件：壳体内压P=0.85MPa；筒体端的边界等效应力为：52.91MPa, 筒体端的边界等效应力为：3.94

(3) 单元选择

采用ANSYS 5.4有限元分析软件提供的8节点实体元（45）进行网格划分（如图3）。

图3 ：预处理塔筒体开孔力学模型

三、应力分析结果

（1）预处理塔上封头部分：

图4：预处理塔上封头变形图及应力分布图

（2）预处理塔下封头部分：

图5 ：预处理塔下封头变形图及应力分布图

（3）预处理塔筒体开孔部分：

图6 ：预处理塔筒体开孔变形图及应力分布图

四、强度评定

在下面的强度评定中，二次应力归于一次应力考虑，这是一种保守的算法。

(1)预处理塔上封头部分：

分析点（A、B）路径见图7

分析点的应力强度值见附录1和附录2。

A点：

总体薄膜应力强度：S I= 90.23

局部薄膜应力强度：S II= 99.59

局部薄膜加局部弯曲应力强度：S III= 153.7 <1.5S m t =264MPa

B点：

总体薄膜应力强度：S I= 90.23

局部薄膜应力强度：S II= 135.5

局部薄膜加局部弯曲应力强度：S III= 161.2 <1.5S m t =264MPa

图7：预处理塔上封头分析点路径

（2）：预处理塔下封头部分

分析点（C、D）路径见图8

分析点的应力强度值见附录3和附录4。

C点：

总体薄膜应力强度：S I= 98.9

局部薄膜应力强度：S II= 105.1

局部薄膜加局部弯曲应力强度：S III= 157.1 <1.5S m t =264MPa D点：

总体薄膜应力强度：S I= 98.9

局部薄膜应力强度：S II= 67.21

局部薄膜加局部弯曲应力强度：S III= 120.5 <1.5S m t =264MPa

图8：预处理塔下封头分析点路径

（3）预处理塔筒体开孔部分：

分析点（E、F）路径见图9

分析点的应力强度值见附录5和附录6。

E点：

总体薄膜应力强度：S I= 120.8

局部薄膜应力强度：S II= 130.2

局部薄膜加局部弯曲应力强度：S III= 223.5 <1.5S m t =264MPa F点：

总体薄膜应力强度：S I= 120.8

局部薄膜应力强度：S II= 150.8

局部薄膜加局部弯曲应力强度：S III= 212.1 <1.5S m t =264MPa 图9：筒体开孔部分分析点路径

该容器强度校核合格。