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压力容器应力分析报告
压力容器应力分析报告1. 引言压力容器是工业中常见的设备，用于存储和传输压力较高的气体或液体。
在设计和使用压力容器时，应力分析是至关重要的环节，它可以帮助工程师评估容器的结构强度和可靠性。
本报告将介绍如何进行压力容器的应力分析，并给出实例以帮助读者更好地理解。
2. 压力容器的基本原理压力容器是由材料制成的结构，能够承受内部压力的作用。
其设计目标是保证容器在各种工作条件下都能安全运行，并且在设计寿命内不发生破裂或变形。
压力容器主要受到内部压力和外部载荷的影响，因此需要进行应力分析来确定内部应力和变形。
3. 压力容器的材料压力容器的材料选择是应力分析的重要一环。
常见的材料包括钢、铝合金等。
选择合适的材料要考虑容器的工作温度、压力和介质等因素。
不同材料的物理和力学性质会对应力分析产生不同的影响，因此需要通过材料测试和模拟来获取材料参数。
4. 压力容器的边界条件在进行应力分析时，需要确定压力容器的边界条件。
这包括容器的几何形状、支撑方式、固定约束等。
边界条件的选择会直接影响应力分布和变形情况。
通过准确描述边界条件，可以更精确地进行应力分析。
5. 压力容器的应力分析方法压力容器的应力分析可以使用有限元分析方法。
有限元分析是一种数值计算方法，将结构离散成有限数量的小单元，通过求解单元之间的力学关系，得到整个结构的应力和变形情况。
有限元分析可以模拟复杂的几何形状和载荷条件，因此在应力分析中得到了广泛应用。
6. 压力容器的应力分析实例为了更好地理解压力容器的应力分析，我们以一个简单的圆筒形压力容器为例进行分析。
假设容器直径为D，高度为H，材料为钢，内部压力为P。
通过有限元分析软件，可以得到容器内部壁的应力分布情况。
根据分析结果，我们可以评估容器的结构强度，以及在不同工作条件下的变形情况。
7. 结论通过应力分析，我们可以评估压力容器的结构强度和可靠性。
合理选择材料、确定边界条件，并使用适当的分析方法，可以有效地进行应力分析。
压力容器应力分析报告
压力容器应力分析报告引言压力容器是一种用于储存或者输送气体、液体等介质的设备。
由于容器内的介质压力较高，容器本身需要能够承受这种压力而不发生破裂。
因此，对压力容器进行应力分析是非常重要的，它可以帮助我们判断容器的安全性并提供设计和改进的依据。
本报告旨在对压力容器进行应力分析，以评估其在工作条件下的应力分布情况，并根据分析结果提出相应的建议和改进措施。
1. 压力容器的工作原理和结构在进行应力分析之前，我们首先需要了解压力容器的工作原理和结构。
1.1 工作原理压力容器通过在容器内部创建高压环境来储存或者输送介质。
这种高压状态可以通过液体或气体的压力产生，也可以通过外部作用力施加于容器上。
容器的结构需要能够承受内部或外部压力的作用而不发生破裂。
1.2 结构压力容器通常由壳体、端盖、法兰、密封件等部分组成。
壳体是容器的主要结构部分，可以是圆柱形、球形或者其他形状。
端盖用于封闭壳体的两个端口，而法兰则用于连接不同部分的容器或其他设备。
密封件的选择和设计对于保证容器的密封性和安全性至关重要。
2. 压力容器应力分析方法在进行压力容器应力分析时，我们可以采用不同的方法和工具。
下面将介绍两种常用的应力分析方法。
2.1 解析方法解析方法是一种基于数学模型和理论计算的应力分析方法。
通过建立压力容器的几何模型和材料性质等参数，可以使用解析方程和公式计算容器内部和外部的应力分布情况。
这种方法适用于简单结构和边界条件的容器，具有计算简单、速度快的优点。
2.2 有限元方法有限元方法是一种基于数值计算的应力分析方法。
它将复杂的压力容器分割成有限个小单元，通过求解每个小单元的应力状态，再将它们组合起来得到整个容器的应力分布。
有限元方法可以考虑更多的几何和材料非线性，适用于复杂结构和边界条件的容器，具有更高的精度和可靠性。
3. 压力容器应力分析结果和讨论在进行压力容器应力分析后，我们得到了容器内部和外部的应力分布情况。
根据具体的分析方法和参数，以下是一些可能的结果和讨论。
压力容器设计 (容器壳体的应力分析)
2 4 2 5
d N r
上两式即为回转薄壳无力矩理论轴对称问题 的两个基本方程式。
回转壳体的应力分析
上对于顶部封顶的回转壳体，变换（2-4）为：
N N R2 pz R2 R1
2-6
回转壳体的应力分析
将 2-6 式代入 2-5，两边乘以 sin ，经整理后得： d N r sin d rpz R1 cos 0
N dN :
N :
pz :
d 2 N R1d sin cos 2
d 2 N R1d sin sin 2
0
d pz R1d rd cos 2
回转壳体的应力分析
由 Fx 0, Fy 0, 且略去高阶微量，得 N N pz R1 R2 d N R1 cos 0
回转壳体的应力分析
b 可见：（1）椭球壳承受均匀内压时，在任何 值下， 为正值， a 即拉应力，且由顶点处最大值向赤道逐渐递减至最小。 a2 a （2） 在 2 1，即 2时，应力将变号，即从拉应力 2b b 变为压应力。 a （3）不同 下内压力椭球球壳中的应力： b
回转壳体的应力分析
σɵ
回转壳体的应力分析
(3) 圆锥形容器（R1=，R2=xtag , = 由 a b 得： p tan pr = x 2t 2t cos p tan pr = x t t cos
2
-）
2-14
P
由此可见， 、 与x成线形关系，随离 开锥顶角距离的增大， 锥底处的应力为最大值。
容器壳体的应力分析
化工容器分析方法 1、解析法（数值法） 以弹性和塑性力学与板壳理论 为基础的精确数学解。 2、极值法（有限单元法） 3、实验应力分析法体的应力分析
压力容器应力分析设计方法的进展和评述
压力容器应力分析设计方法的进展和评述发表时间：2020-12-09T07:31:35.988Z 来源：《中国科技人才》2020年第23期作者：袁甜[导读] 对压力容器进行全面的设计与分析，是确保压力容器使用安全性以及促进其使用过程中的性能作用充分发挥的重要前提和基础。
中石油华东设计院有限公司北京分公司摘要：对压力容器进行全面的设计与分析，是确保压力容器使用安全性以及促进其使用过程中的性能作用充分发挥的重要前提和基础。
本文将结合压力容器使用过程中受载荷作用影响的应力与变形情况，针对压力容器的应力分析设计方法及其研究进展进行论述，以为有关实践及研究提供参考。
关键词：压力容器；应力分析；设计方案；研究进展；评述压力容器作为一种特种设备，主要用于液体、气体等的储存，并且它在使用过程中会承受一定的压力，对设备的安全性要求非常高。
因此，为确保压力容器的使用安全性，同时对压力容器使用过程中的性能作用充分发挥及其设计使用的安全寿命周期等进行保障，就需要加强对压力容器的设计分析与设计方法等进行严格控制和管理，从而避免各种压力容器设计与使用安全问题发生。
当前，为实现压力容器使用的安全性保障，对压力容器设计制造的结构合理性与制造简便性、使用可靠性、设计合理性、整体造价经济性等目标要求进行满足，我国有关部门也结合压力容器的设计制造和使用情况，进行了相应的标准、规范以及技术要求等制定，并不断从压力容器的设计制造和使用实际出发，对其进行改进和完善，为压力容器的设计制造和使用提供了较为全面依据和支持，具有十分积极的作用和意义。
下文将通过对压力容器使用过程中受载荷作用影响的应力与变形情况分析，针对压力容器的应力分析设计方法及其研究进展进行论述，以供参考。
1压力容器使用中受载荷作用影响的应力与变形情况分析结合压力容器的使用情况，其使用过程中所承受的载荷作用，主要是指能够对压力容器产生应力与应变作用影响的各种因素，比如地震载荷、压力作用以及风载荷等等，而压力容器的全寿命周期内所受到的载荷影响，主要表现由压力与非压力载荷、交变载荷等，在上述各种载荷作用中，压力载荷是最为基本的载荷因素，包含内压与外压载荷等，即对压力容器存在影响的绝对压力与表压。
6.4压力容器的应力分析设计-I 压力容器的应力分类
(1)
部位A 属远离结构不连续的区域，受 内压及径向温差载荷。由内压产生的应 力分两种情况：当筒体尚属薄壁容器时 其应力为一次总体薄膜应力(Pm)；当属 厚壁容器时，内外壁应力的平均值为一 次总体薄膜应力(Pm)，而沿壁厚的应力 梯度划为二次应力(Q)。
6.4化工容器的应力分析设计-Ⅰ压力容器的应力分类
9
6.4化工容器的应力分析设计-Ⅰ压力容器的应力分类
第二节 化工容器的应力分析设计
二、容器的应力分类 (二) 二次应力Q (Secondary stress)
二次应力Q是指由相邻部件的约束或结构的自身约束所引起的法向应力或 切应力，基本特征是具有自限性。 筒体与端盖的连接部位存在“相邻部件”的约束，厚壁容器内外壁存在温 差时就形成“自身约束”。二次应力不是由外载荷直接产生的，不是为平 衡外载荷所必需的，而是在受载时在变形协调中产生的。当约束部位发生 局部的屈服和小量的塑性流动使变形得到协调，产生这种应力的原因(变 形差)便得到满足与缓和。亦即应力和变形也受到结构自身的抑制而不发 展，这就是自限性。
(2)
6.4化工容器的应力分析设计-Ⅰ压力容器的应力分类
17
第二节 化工容器的应力分析设计
二、容器的应力分类
部位C 内压在球壳与接管中产生的应力(PL+Q)； 球壳与接管总体不连续效应产生的应力 (PL+Q)； 径向温差产生的温差应力(Q+F)； 因小圆角(局部不连续)应力集中产生的峰值 应力(F)。 总计应为(PL+Q十F)。 由于部位C未涉及管端的外加弯矩，管子横 截面中的一次弯曲应力Pb便不存在。 又由于部位C为拐角处，内压引起的薄膜应 力不应划分总体薄膜应力Pm，应分类为一次 局部薄膜应力PL。
压力容器设计中的应力分析与优化
压力容器设计中的应力分析与优化摘要：压力容器作为储存和运输压力物质的设备，在工业生产中扮演着重要角色。
由于其特殊性和复杂工作环境，容器壁面常受高压力和负荷作用，容易出现应力集中和应力腐蚀等问题，从而导致容器失效和严重事故的发生。
为确保压力容器的安全性和可靠性，应力分析与优化成为关键的设计环节。
本文探讨了压力容器设计中的应力分析方法，包括有限元法、解析法和试验方法，并提出了相应的优化策略，包括材料选择、结构设计、加强筋设计和压力分布均衡等方面。
强调了数值仿真与实验验证在优化策略中的重要性，通过综合运用这些方法，可以有效提高压力容器的性能和可靠性，确保其在各种复杂工况下安全运行。
关键字：压力容器，应力分析，优化策略，有限元法，解析法一、引言随着工业技术的不断发展和应用的不断扩大，压力容器作为一种重要的储存和运输压力物质的设备，在各行各业都扮演着不可或缺的角色。
由于压力容器的特殊性和工作环境的复杂性，容器壁面常常受到高压力和负荷的作用，导致应力集中和应力腐蚀等问题。
这些问题会导致容器的失效，从而引发严重的事故，对人员和环境安全造成严重威胁。
二、应力分析方法在压力容器设计中，应力分析是评估容器壁面应力分布和变形情况的关键步骤。
准确的应力分析可以揭示潜在的应力集中区域，为后续优化设计提供依据。
在应力分析中，常见的方法包括有限元法、解析法和试验方法。
2.1 有限元法：有限元法是目前最为广泛应用的应力分析方法。
它将复杂的容器结构离散为有限个简单单元，通过数值模拟的方式求解得出容器的应力分布。
有限元法能够考虑材料的非线性特性、几何的非线性变形以及复杂的边界条件，适用于各种复杂结构的压力容器。
在有限元分析中，需要建立容器的几何模型，将其划分为有限元网格。
根据材料特性、加载条件和边界条件，设定模拟参数。
通过迭代计算，求解得到容器内部应力和变形的数值结果。
有限元法具有高精度和较好的灵活性，可以在设计过程中快速验证多种设计方案的性能，是压力容器设计中不可或缺的分析手段。
压力容器应力分析设计方法的进展和评述
压力容器应力分析设计方法的进展和评述压力容器在工业生产中的应用越来越广泛，但是压力容器在使用过程中会受到制作反应介质压力等多种荷载压力的影响，要想使压力容器在使用过程中能够发挥出最大作用，并且提高其使用寿命，需要合理设计压力容器的各种荷载，通过分析压力容器在荷载作用下的用力变形，提出相关的改进措施，有利于提高压力容器的经济效益。
标签：压力容器;应力分析;设计方法压力容器通常情况下是储存液体、气体的密封设备，在使用过程中需要承载一定的压力，因此对压力容器的安全性提出了更高的要求。
合理分析压力容器的应力分析和选择合适的设计方法非常重要。
在确保压力容器的正常使用的前提下，在最大程度上实现压力容器的经济目标。
我国根据压力容器的使用情况，出台了相关标准以及技术要求等。
不断对压力容器进行改进，使压力容器的设计，制造，检验以及使用等环节都能得到充分保障，实现了压力容器的迅速发展。
1压力容器概述1.1概念压力容器是指盛装气体或液体的设备，需要承载一定压力的密闭设备。
压力容器主要包括：储运容器、反应容器、热换器以及分离器。
1.2用途压力容器的应用非常广泛，压力容器在石油化工，能源工业，科研与军工等国民经济各个部门都是非常重要的设备。
压力容器一般包括筒体、封头、法兰、密封元件、开孔和接管、支座等部分组成。
另外，压力容器还配有安全装置、仪表设备以及配合生产工艺作用的内部原件，由于压力容器是密封、承压设备，因此在使用过程中容易发生爆炸，火灾等安全事故，从而造成人员伤亡和环境污染，因此需要合理运用压力容器，防止安全事故的发生。
2压力容器应力分析设计方法压力容器是工业生产中的重要工具，在工业生产中发挥着重要作用，但是压力容器在使用过程中也存在一定的危险性，会严重影响工作人员的人身安全以及周围环境，如果压力容器得不到较好利用，会造成严重后果。
压力容器应力是指受到外界因素的影响，在物体内部各种因素产生的相互作用，抵抗外因的作用，并试图使物体从变形后的位置恢复到原有位置，因此加强压力容器的应力分析是非常重要的研究课题。
压力容器应力分析设计方法的进展和评述通用版
安全管理编号：YTO-FS-PD389压力容器应力分析设计方法的进展和评述通用版In The Production, The Safety And Health Of Workers, The Production And Labor Process And The Various Measures T aken And All Activities Engaged In The Management, So That The Normal Production Activities.标准/ 权威/ 规范/ 实用Authoritative And Practical Standards压力容器应力分析设计方法的进展和评述通用版使用提示：本安全管理文件可用于在生产中，对保障劳动者的安全健康和生产、劳动过程的正常进行而采取的各种措施和从事的一切活动实施管理，包含对生产、财物、环境的保护，最终使生产活动正常进行。
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压力容器的使用范围非常的广泛，在此基础上，我们一定更加重视其使用的效果。
其中，压力容器应力分析是重要的工作，所以，讨论压力容器应力分析设计工作很有必要。
压力容器概述1.1.概念所谓的压力容器是指盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备。
贮运容器、反应容器、换热器和分离器均属压力容器。
1.2.用途压力容器的用途十分广泛。
它是在石油化工学、能源工业、科研和军工等国民经济的各个部门都起着重要作用的设备。
压力容器一般由筒体、封头、法兰、密封元件、开孔和接管、支座等六大部分构成容器本体。
此外，还配有安全装置、表计及完全不同生产工艺作用的内件。
压力容器由于密封、承压及介质等原因，容易发生爆炸、燃烧起火而危及人员、设备和财产的安全及污染环境的事故。
世界各国均将其列为重要的监检产品，由国家指定的专门机构，按照国家规定的法规和标准实施监督检查和技术检验。
分析设计方法在ASME老版中分析设计方法的全称是“以应力分析方法为基础的设计”,简称“应力分析设计”,再简称为“分析设计”。
压力容器应力分析设计方法的进展和评述
编号：AQ-JS-09096( 安全技术)单位：_____________________审批：_____________________日期：_____________________WORD文档/ A4打印/ 可编辑压力容器应力分析设计方法的进展和评述Development and review of stress analysis and design methods for pressure vessels压力容器应力分析设计方法的进展和评述使用备注：技术安全主要是通过对技术和安全本质性的再认识以提高对技术和安全的理解，进而形成更加科学的技术安全观，并在新技术安全观指引下改进安全技术和安全措施，最终达到提高安全性的目的。
压力容器的使用范围非常的广泛，在此基础上，我们一定更加重视其使用的效果。
其中，压力容器应力分析是重要的工作，所以，讨论压力容器应力分析设计工作很有必要。
压力容器概述1.1.概念所谓的压力容器是指盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备。
贮运容器、反应容器、换热器和分离器均属压力容器。
1.2.用途压力容器的用途十分广泛。
它是在石油化工学、能源工业、科研和军工等国民经济的各个部门都起着重要作用的设备。
压力容器一般由筒体、封头、法兰、密封元件、开孔和接管、支座等六大部分构成容器本体。
此外，还配有安全装置、表计及完全不同生产工艺作用的内件。
压力容器由于密封、承压及介质等原因，容易发生爆炸、燃烧起火而危及人员、设备和财产的安全及污染环境的事故。
世界各国均将其列为重要的监检产品，由国家指定的专门机构，按照国家规定的法规和标准实施监督检查和技术检验。
分析设计方法在ASME老版中分析设计方法的全称是“以应力分析方法为基础的设计”,简称“应力分析设计”,再简称为“分析设计”。
它的特点是:2.1.要求对压力容器及其部件进行详细的弹性应力分析。
可以采用理论分析、数值计算或试验测定来进行弹性应力分析。
分析压力容器应力分析设计方法的进展和评述
引 言
压力容器是储存液气、 气体等 的密 闭设备 ， 承载一定 的压力 ， 这对其 安全性提 出了很高 的要求 ， 因此 ， 应力分 析及合理先进 的设计 方法必不 可少 。目前 ， 为 了在确保压力容器在使用过程 中安全可靠的前提 下， 达 到 易于制造 、 结构合理 、 设计先进、 使用可 靠以及造价经济等 目标 ， 我 国根 据压力容器的具体情况 ， 出台了相关 的标准 、 规范 以及技术条件等 ， 并 ３ 交 变 载 荷
交变载荷 是指其大小和方 向随着 时间变化而变化 的载荷。例如 由往 复式压 缩机引起的压力波动 、 容器零件之 间的温度 差变化 、 液 体波动 引 起 的荷 载 变 化 等 等 。
压力容器支承式支座局部区域的应力分析和强度评定.
目录摘要 ............................................................. I I Abstract ........................................................ I II 1．绪论 (1)1．1 研究背景及意义 (1)1．2 研究方法 (2)1．2．1 钢制化工容器强度计算法 (2)1．2．2有限元（ANSYS Workbench）分析法 (3)2.计算支承式支座实际承受的载荷 (5)2.1支座选用分析 (5)2.2．支座实际承受载荷的计算 (5)3．用HG20582-1998钢制化工容器强度计算规定（WRC107/297计算方法）计算封头的局部应力 (7)3.1壳体参数和附件参数的确定 (7)3.2．壳体上局部应力的计算 (8)3．2．1 壳体上与支座接触处有垫板时局部应力的计算 (9)3．2．2 壳体上与支座接触处没有垫板时局部应力的计算 (11)3.3 局部应力的强度较核 (13)3.3.1 壳体上与支座接触处有垫板时的强度评定 (14)3.3.2 壳体上与支座接触处没有垫板时的强度评定 (15)4．用有限元法（ANSYS Workbench）计算支座承受载荷所引起的封头壳体应力 (16)4.1 ANSYS Workbench 在应力分析中的分析原理过程 (16)4.1.1 应力分析中的不连续区 (15)4.1.2 有限元的设计分析原理 (17)4.1.3 ANSYS Workbench的使用 (18)4.2 用ANSYS分析压力容器封头壳体的局部应力 (18)4.2.1 问题的分析 (18)4.2.2 有限元模型的建立 (19)4.2.3 载荷和位移边界条件处理 (20)4.2.4 网格划分情况 (20)4.2.5 施加载荷 (21)4.2.6 支座与封头接触处有垫板时的局部应力分析 (23)4.2.7 壳体上与支座接触处没有垫板时局部应力的分析 (24)4.3 ANSYS Workbench对局部应力的强度较核 (24)4.3.1 壳体上与支座接触处有垫板时的强度评定 (25)4.3.2 壳体上与支座接触处没有垫板时的强度评定 (26)5．总结 (28)谢辞 (29)参考文献 (30)压力容器局部应力是压力容器设计过程中经常遇到的问题，过大的局部应力可能使容器结构局部强度不足，发生破坏或导致过大的局部形变，危及设备安全性，本文研究的是压力容器支承式支座局部区域的应力分析和强度评定。
压力容器应力分析和设计优化
压力容器应力分析和设计优化摘要：以往的压力容器在设计以及制造过程中会面临着许多问题，这些问题的存在会导致生产成本增加，压力容器制造出来后难以适应当前的工作环境等。
基于以上几个方面，本文作者利用有限元分析的原理，对压力容器的设计方法进行优化。
通过执行这一过程，先是根据有限元法的基本原理，分析压力容器各个部分的特点，将所得到的分析结果转化成一些有用的数据，接着根据优化设计方法对数据进行相应的整合，最后便可以获得符合标准性能指标的实际设计数据。
通过一定的实践证明，利用有限元分析的优化设计方法，可以针对不同的实际情况进行相应的处理，从而获得较好的效果。
关键词：压力容器；应力分析；优化设计一、优化设计基本原理何为优化设计，顾名思义就是从可选择的范围内选取最合适的设计方案。
对于优化设计，现阶段人们逐渐开始对其进行深入研究，因为这种方法对于人们解决复杂问题有着重要的意义，它能够指导人们快速地从一些既定的可选设计方案中选择出来最合适，同时又能符合实际情况特点的设计方案，因此在当前的工程项目的建设或者产品的设计方面应用越来越广泛。
将数学规划和计算机技术中的一些原理方法进行结合，便产生了目前人们所说的优化设计，这种优化设计的具体特点如下：通过将所需要设计的产品的相应性能指标、结构指标以及一些其他较为重要的指标转化为相应的自变量函数，当然这些自变量都有其相应的限定范围，这就需要根据预期所设计产品的具体形态以及所要具备的功能要求，利用相应的数学理论将这些限定条件转化为对应自变量的区域，从而确定出较为合理的自变量取值范围，更好的服务于后续的计算过程；最后，根据相应的理论知识，选择合适的变量组合方法，利用相应的算法，从而在自变量的限定范围内获得目标函数的最优值。
在进行优化设计时，要利用到数学中经常用到的方法，即数学建模；将实际情况中的问题转变为经过优化设计后的数学模型，经过一定的方法确定了自变量、自变量的限定范围以及相应的自变量组合方法之后，在进行最优值的计算。
2压力容器应力分析
2.2.1 薄壁圆筒的应力
A t
B 点 受力 分析
A
Di
Di D Do
图2-1 薄壁圆筒在内压作用下的应力 B点
轴向：经向应力或轴向应力σ
φ θ
内压P
圆周的切线方向：周向应力或环向应力σ 壁厚方向：径向应力σ r
σ
三向应力状态
θ 、 φ
σ >>σ r
二向应力状态
θ
因而薄壳圆筒B点受力简化成二向应力σ φ 和σ
2、压力容器应力分析
CHAPTER Ⅱ
STRESS ANALYSIS OF
PRESSURE VESSELS
河北科技大学装控系
1
压力容器受到介质压力、支座反力等 多种载荷的作用。 确定全寿命周期内压力容器所受的各种 载荷，是正确设计压力容器的前提。 分析载荷作用下压力容器的应力和变形， 是压力容器设计的重要理论基础。
p R1 R2 t
（2-3）
■ 微元平衡方程，又称拉普拉斯方程。
三、区域平衡方程（图2-6）
图2-6 部分容器静力平衡
环带所受压力在0-0′轴方向的分量：
d V 2 r p d l c o s
压力在0-0′轴方向产生的合力：
r m 0
dr cos dl
V 2 prdr
2.2 回转薄壳应力分析 2.2.4 无力矩理论的应用
◇ 分析几种工程中典型回转薄壳的薄膜应力： 球形壳体 承受气体内压的回转薄壳 薄壁圆筒 锥形壳体 椭球形壳体 圆筒形壳体 储存液体的回转薄壳
球形壳体
2.2.4 无力矩理论的应用
一、承受气体内压的回转薄壳
压力容器的应力分析
按应用情况
反应压力容器（Ｒ）完成物理、化学反应，如反应器、反应釜、分解锅、聚合釜、变换炉等； 换热压力容器（Ｅ）热量交换，如热交换器、管壳式余热锅炉、冷却器、冷凝器、蒸发器等； 分离压力容器（Ｓ）流体压力平衡缓冲和气体净化分离，如分离器、过滤器、缓冲器、吸收塔、干燥塔等； 储存压力容器：（Ｃ，球罐为Ｂ）储存、盛装气体、液体、液化气体等介质，如各种形式的贮罐、贮槽、高位槽、计量槽、槽车等。
图片
压力容器的结构图
零部件的二个基本参数：公称直径DN
对于用钢板卷制的容器筒体而言，其公称直径的数值等于筒体内径。 当容器筒体直径较小时，可直接采用无缝钢管制作时，这时容器的公称直径等于钢管的外径。 管子的公称直径（通径）既不是管子的内径也不是管子的外径，而是一个略小于外径的数值。 见P181 表14-1压力容器的公称直径DN
球形壳体
球壳R1＝R2=D/2，得： 直径与内压相同，球壳内应力仅是圆筒形壳体环向应力的一半，即球形壳体的厚度仅需圆筒容器厚度的一半。 当容器容积相同时，球表面积最小，故大型贮罐制成球形较为经济。
圆锥形壳体
圆锥形壳半锥角为a，A点处半径为r，厚度为d，则在A点处：
圆锥形壳体
锥形壳体环向应力是经向应力两倍，随半锥角a的增大而增大；a角要选择合适，不宜太大。 在锥形壳体大端r=R时，应力最大，在锥顶处，应力为零。因此，一般在锥顶开孔。
工程上常用的应力分析方法：
有力矩理沦：不仅承受拉应力，还承受弯矩和弯曲应力； 无力矩理沦：只承受拉压应力，不能承受力矩的作用 无力矩理沦有近似性和局限性，其误差在工程计算允许的范围内，计算方法大大简化，该方法常被采用。 应用条件：
圆筒的应力计算
作用力： 由内压作用在端盖上产生轴向拉应力 ，称为经向应力或轴向应力； 由内压作用使圆筒向外均匀膨胀，在圆周切线方向所产生的拉力称为环形应力或周向应力，用表示 常为薄壁容器，筒壁较薄， 可认为 是均匀分布的，径向应力 可忽略不计
压力容器应力分析设计方法的进展和评述
压力容器应力分析设计方法的进展和评述发布时间：2021-09-06T15:00:53.153Z 来源：《科学与技术》2021年12期4月作者：樊军康[导读] 压力容器是用来承装液体或者气体的一种容器，整体呈现密闭性，压力容器樊军康博思特能源装备（天津）股份有限公司；天津市摘要：压力容器是用来承装液体或者气体的一种容器，整体呈现密闭性，压力容器的设计方式有两种，分别是规则设计（又称常规设计）以及应力分析设计，本文对压力容器应力分析谈一点看法，并对其设计进行一定的阐述。
关键词：压力容器；应力分析；方法评述引言：随着社会经济的不断发展，我国的综合国力水平也在不断的提升，国家面对更大的竞争挑战。
压力容器最常应用在石油或者化工企业中，对国家的生产生活带来很大的帮助，所以合理的设计压力容器就十分重要了。
压力容器设计得不合理就有可能会对安全造成很大的影响，压力容器内装的易燃易爆有毒物质会危害人的生命健康与安全，造成企业的经济损失。
一、应力分析设计方法压力容器是在工业的制造生产中常用的一种工具，在工业的发展中起到了重要的作用，因为压力容器的存放物有时是易燃易爆或者有毒的物质，所以具有一定的危险性，对工作人员的人身安全有一定的影响，对环境也会产生一定的影响，压力容器的损坏会产生很严重的后果。
所谓的压力容器应力是指材料内部的一种的力量，在周围生产环境的影响下，工作条件的变化会使材料内部产生相互的作用力，这种力的产生能够抵抗外部的因素，使容器恢复变形之前的状态。
应力分析设计方法就是对应力所产生变化进行分析，以应力为基础进行的设计，应力分析设计方法包括了几个方面。
首先，可以采用一定的方法对压力容器进行弹性的应力分析，一般会采用三种方法，有理论分析方法、数值计算方法以及试验测定方法这三种，对弹力的计算结果相对的正确。
其次，为了防止循环失败可以采用极限载荷控制应力，或者采用安定载荷控制一次加二次应力，还有第三种方法就是使用疲劳寿命来对最大的总应力进行控制，这些方法还能够防止整体的塑性垮塌失效。
压力容器应力分析及其设计
压力容器应力分析及其设计引言压力容器是一种用于储存或运输压力流体或气体的设备，广泛应用于化工、石油、制药等领域。
由于其工作环境的特殊性，压力容器的设计和应力分析至关重要，直接关系到设备的安全性和稳定性。
本文将介绍压力容器应力分析的基本概念和方法，并探讨压力容器设计的一些考虑因素。
压力容器应力分析在压力容器的设计和使用过程中，应力分析是非常重要的一步。
应力分析的目的是确定容器的强度和稳定性，以确保其在工作压力范围内能够安全可靠地运行。
1. 基本概念在压力容器中，由于内、外侧的压力差异，容器壁面会受到应力的作用。
应力是物体内部原子或分子间相互作用的结果，它可以表现为拉伸、压缩、剪切等形式。
常见的应力包括轴向应力、周向应力和切向应力。
轴向应力是指沿着容器轴线方向的应力，周向应力是指沿着容器周向的应力，切向应力是指垂直于容器壁面的应力。
2. 应力分析方法压力容器的应力分析可以采用数值模拟方法或者经验公式计算。
数值模拟方法通常基于有限元分析（Finite Element Analysis，简称FEA），通过划分网格、建立数学模型并求解，得到各个位置的应力值。
经验公式计算相对简便，适用于一些简单几何形状的压力容器。
常用的经验公式有ASME VIII-1标准中的公式和欧洲标准EN 13445中的公式等。
无论采用数值模拟方法还是经验公式计算，都需要考虑容器的材料特性、内外压力、温度、容器几何形状等因素。
3. 应力分析结果的评估进行应力分析后，需要对分析结果进行评估。
常见的评估指标有应力强度安全系数、应力集中系数、损伤累积等。
应力强度安全系数是指容器的实际应力值与允许应力值之间的比值。
一般要求安全系数大于1，以确保容器在额定工作条件下不会发生破坏。
应力集中系数用于评估容器上的应力集中程度。
过高的应力集中系数可能导致局部破坏和疲劳寿命的降低。
损伤累积是指容器在循环荷载作用下承受的损伤累计量。
如果损伤累积超过一定限制，容器可能发生疲劳破坏。
压力容器中材料应力分析方法研究
压力容器中材料应力分析方法研究压力容器中的材料应力分析方法研究压力容器是广泛应用于化工、石油、石化、能源和许多其他工业领域的重要设备。
由于容器内部承受的压力较高，材料应力的分析对于确保容器的安全运行至关重要。
本文将介绍压力容器中材料应力分析的方法和技术。
一、背景压力容器中的材料应力分析涉及到多种因素，包括压力、温度、载荷、材料性质以及容器的几何形状等。
这些因素对容器材料的应力分布和变形有着直接影响。
因此，准确地评估应力对于设计和运行压力容器至关重要。
二、材料应力分析方法1. 解析方法解析方法是通过数学和物理原理来推导和计算材料的应力。
这种方法通常基于简化的假设和模型，适用于容器几何形状和边界条件较简单的情况。
常见的解析方法包括平衡方程法、力法、位移法等。
2. 有限元方法有限元方法是一种基于数值计算的方法，将复杂的材料和几何形状分割成许多小的有限元网格，并对每个元素进行数值计算。
通过对整个结构进行离散化，可以得到材料的应力分布和变形情况。
有限元方法适用于任意复杂的结构和边界条件，具有较高的精度。
3. 材料试验和测试方法材料试验和测试方法通过实际测量材料的应力和变形来估计其应力分布。
常用的试验方法包括拉伸试验、压缩试验、弯曲试验等。
通过这些试验和测试，可以获得材料的力学性能，进而进行应力分析。
三、材料应力分析技术1. 基于有限元分析的优化设计有限元分析可以帮助设计师优化压力容器的结构，以强化容器内部应力的分布，从而提高其安全性和可靠性。
通过不断调整材料布局、几何形状和边界条件，优化设计可以减少应力集中和疲劳损伤。
2. 考虑材料非线性和失效的分析方法在长期使用过程中，材料的性能可能会发生变化，如强度下降、裂纹扩展等。
因此，对压力容器的材料应力分析应考虑到材料的非线性和失效行为。
这可以通过材料的断裂力学和塑性理论来进行分析，以预测容器在各种工况下的失效概率。
3. 结构监测和健康评估技术压力容器的材料应力分析不仅仅限于设计阶段，还需要在容器运行期间进行监测和评估。
压力容器的应力分析
压力容器的应力分析摘要：压力容器是指盛装气体或者液体并承载一定压力的密闭设备，广泛应用于石油化工、能源工业、军工以及科研等各个领域。
压力容器一般由筒体、封头、法兰、密封元件、开孔和接管、支座等六大部分构成容器本体。
此外，还配有安全装置、表计及完全不同生产工艺作用的内件。
高压容器筒体与封头连接区是高压容器的高应力区之一，本文主要讨论封头和筒体之间的连接区域的应力应变情况。
一．工程背景及意义核能作为一种安全、清洁、高效以及可持续发展的能源已经为各国和各个地区广泛接受,核电是我国能源战略的重要组成组成部分之一，根据《核电中长期发展规划（2005-2020年）》，我国到2020年将实现核电装机容量4000万KW，核电占比从现在的不到2%提高到4%。
积极推进核电建设对于满足经济和社会发展不断增长的能源需求,实现能源、经济和生态环境协调发展以及提升我国综合经济实力和工业技术水平具有重要意义。
反应堆压力容器是核电厂反应堆冷却剂压力边界屏障中的一个重要设备。
它主要用来装载反应堆堆芯,密封高温、高压的冷却剂,为反应堆安全运行提供所必需的堆芯控制和堆内测量的导向和定位。
反应堆压力容器属安全一级设备,因此,要求其在各种工况下均能保持可靠的结构完整性,不会发生容器的破坏和放射性的泄漏。
筒体是压力容器的主要部件,与封头或管板共同构成承压壳体,为物料的储存,完成介质的物理、化学反应及其他工艺用途提供所必需的承压空间。
封头是保证压力容器密封的重要部件。
因此,筒体和封头的连接安全性是设计和使用中至关重要的问题,对它们进行应力评定是十分必要的。
论文以大型先进压水堆核电厂压力容器筒体及封头为研究对象，基于有限元方法,完成了反应堆压力容器筒体及封头在各种工况各种载荷组合作用下的一次应力强度的计算、分析与评定,并分析各个载荷对应力分布的影响,最终得出了结构强度符合规范要求的结论。
在此基础上,本文通过简化整体模型,创建局部模型,对筒体和封头作进一步应力评定,并将计算结果与整体模型的结果进行对比分析。
2、压力容器应力分析
2.5 R 与R相比是很小
的。
31
2、自限性
压力容器应力分析
边缘应力是由于相连接的两种几何壳体的自由变形不一
致，相互间存在弹性约束力所引起的，对于塑性较好的材料，
当边缘应力达到屈服极限时会发生塑性变形，使弹性约束缓 解，变形趋于协调，边缘应力自行受到限制。因此，实际中 更为常见的是只计算薄膜应力，不计算边缘应力，在设计时 对个别情况作局部结构处理。但是对于脆性材料壳体、经受
23
p0
t
σφ
R
σφ
径向朝外的p0相互抵消，产生ζθ而与ζθ无关，朝下的p0由筒底承担，
筒底将力又传给支座和基础，朝上的p0与ζθ相平衡：
2πRtζθ=πR2p0
则 p0R 2t
24
若容器上方是开口的，或无气体压力（p0=0）时，ζθ=0
b. 球形壳体
压力容器应力分析
注：充满液体
任一点M：p=ρgR(1-cosθ)
图a： D i 2 p Dt pD
4 4t
图b： D i Lp 2tL pD
2t
5
2.1.2 回转薄壳的无力矩理论
压力容器应力分析
6
压力容器应力分析 OA、OA′——母线、经线；
OO′——回转轴；
O（中面与回转轴交点）——极点； 纬线——正交圆锥面（母线k2B）与回转曲面截交所得圆；
同时考虑薄膜内力和弯曲内力，适用
于抗弯刚度大、曲率变化大 只考虑薄膜内力、不考虑弯曲内力，
适用于抗弯刚度小、曲率变化小
承受轴对称载荷的回转薄壳，仅有径向力 Nθ与环向力Nθ、无弯曲内力的应力状态
应力分析设计在压力容器中的应用-1
应力分析设计在压力容器设计中的应用目前，压力容器行业在设计领域有两种方法：常规设计方法与应力分析方法，常规设计执行基本标准为GB150、应力分析方法执行标准为JB4732。
随着有限元计算方法在压力容器行业的推广应用，压力容器行业用材料及制造、焊接及检验等技术水平的提高，尤其是我国压力容器应力分析设计标准JB4732的颁布实施之后，分析设计在压力容器领域得到了广泛的应用，采用分析设计降低材料消耗、减轻设备重量，“该厚的厚、该薄的薄”，使材料的性能得到了充分的利用，并有效的提高了设备的整体安全性，真正实现了等安全度的设计理念，其经济效益和社会效益已得到了行业认可。
由于有限元计算方法系采用建立有限元模型后，施加载荷及约束进行求解，因此，适用于各种结构、任意形式的载荷，这是常规设计远远不能实现的，该特点不仅能有效利用材料，降低材料消耗，更为重要的是，它可以对任意载荷作用下得到相应的计算结果并予以合理评定，从根本上解决了常规设计无法实现的计算，因而使得压力容器在风险得到了全面的控制。
同时，我们也能注意到，有限元应力分析的方法也不是完美无缺的，由于所基于的模型和载荷过于理想化、理论化，无法完全模拟实际工程中可能出现各种结构缺陷、载荷偏差或无法人为确认因素等，因此，其分析结论与实际会出现偏差，而常规设计基于悠久的工程历史，积累了大量的工程经验，因此，在一些方面，其经验系数更加接近实际，尤其在密封结构的计算设计方面更显突出。
有限元应力分析方法对人员要求较高，除了具有一定的材料基础、力学基础以及一定的常规设计经验之外，还必须均有严谨认真的责任心，在结构模型及载荷边界条件合理准确的前提下，还应保证分析结果的收敛性。
此外，目前，我国应力分析设计标准要求材料使用温度限制在蠕变温度之内，对超出蠕变温度的静载荷评定及疲劳评定尚未有具体规定。
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压力容器应力分析设计方法的进展和评述
压力容器的使用范围非常的广泛，在此基础上，我们一定更加重视其使用的效果。
其中，压力容器应力分析是重要的工作，所以，讨论压力容器应力分析设计工作很有必要。
压力容器概述
1.1.概念
所谓的压力容器是指盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备。
贮运容器、反应容器、换热器和分离器均属压力容器。
1.2.用途
压力容器的用途十分广泛。
它是在石油化工学、能源工业、科研和军工等国民经济的各个部门都起着重要作用的设备。
压力容器一般由筒体、封头、法兰、密封元件、开孔和接管、支座等六大部分构成容器本体。
此外，还配有安全装置、表计及完全不同生产工艺作用的内件。
压力容器由于密封、承压及介质等原因，容易发生爆炸、燃烧起火而危及人员、设备和财产的安全及污染环境的事故。
世界各国均将其列为重要的监检产品，由国家指定的专门机构，按照国家规定的法规和标准实施监督检查和技术检验。
分析设计方法
在ASME老版中分析设计方法的全称是“以应力分析方法为基础的设计”,简称“应力分析设计”,再简称为“分析设计”。
它的特点是:
2.1.要求对压力容器及其部件进行详细的弹性应力分析。
可以采用理论分析、数值计算或试验测定来进行弹性应力分析。
2.2.强度校核时采用塑性失效准则。
包括用极限载荷控制一次应力,以防止整体塑性垮塌失效。
用安定载荷控制一次加二次应力以及用疲劳寿命控制最大总应力,以防止循环失效等。
2.3.根据塑性失效准则对弹性应力进行分类。
2.4.根据等安全裕度原则确定危险性不同的各类应力的许用极限值。
综合起来可以说,“应力分析设计”是一种以弹性应力分析和塑性失效准则为基础的应力分类设计方法。
近年来被简称为“应力分类法”。
早期(老版中)的“分析设计”只包含这一种方法。
随着先进的力学分析方法和手段的不断成熟(即其有效性和可靠性达到实际工程应用的水平),ASME新版和欧盟标
准都及时地扩充了“分析设计”采用的方法,同时对“分析设计”的含义也有所调整。
最突出的表现为:
2.4.1.从弹性应力分析扩充到弹塑性分析。
和应力分类法(弹性应力分析方法)并行地提出了
弹塑性分析方法和极限载荷分析方法(ASME)或直接法(欧盟)。
2.4.2.把能够给出显式表达式的解析解都调整到“规则设计”中,“分析设计”只规定通用性强的数值分析方法。
另一方面,在“规则设计”公式的强度校核中又引入了应力分类的思想。
随着时间的推移和科学的发展,“分析设计”的方法和内容还会有新的扩充和调整。
在现阶段可以说,“分析设计”是一种以塑性失效准则为基础、采用先进力学分析手段的压力容器设计方法。
先进的材料、工艺和检测水平是保证分析设计能得以实施的前提条件。
应力分类法
3.1.应力分类法是当今分析设计的主流方法
应力分类法有如下优点:
3.1.1.简单。
采用工程设计人员非常熟悉的弹性应力分析方法。
应力评定时直接给出各类等效应力的许用值,因而应力分类后的强度校核与常规设计类似。
3.1.2.通用。
采用有限元软件可以对任何结构形状和载荷工况进行弹性应力分析。