疲劳分析报告

1 概述

***是用来完成***分离的设备，常常需要通过变温或变压来改变吸附剂的吸

附容量，从而完成吸附与解吸。***是在交变载荷作用下工作的，除强度分析外，还需进一步进行疲劳分析。

图1 ***偏离示意图

***安装后，***上封头筒体对接焊缝部位最大直线度偏差满足相关要求，要保证***顶部的直线度偏差在一定的范围之内。如图1所示。

*****************有限公司（甲方）的委托，***************研究院（乙方，以下简称****）拟对甲方生产的化工设备-***进行疲劳分析，计算***直线度对整体结构的影响，为甲方顺利安全的生产运行提供数据支持。

2 材料参数

整体结构合金钢Q345：主体材料的参数设置为，弹性模量E=2.045E5MPa，泊松比μ=0.3，材料密度为ρ=7.85E-9t/mm3 。

***中吸附填料的质量为**t，将此质量转化到筒体和下封头的上部，则对应

的筒体和下封头的密度为ρ1=***t/mm3。

考虑到腐蚀的影响，***壳体的壁厚取**mm，***内径取****mm。

疲劳特性参数如表1所示，S-N曲线如图2所示。

表1 疲劳曲线数据

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 循环次数

10 20 50 100 200 2000 1E4 2E4 1E5 2E5 1E6 （N）

应力幅

3999 2827 1896 1413 1069 441 262 214 138 114 86.2 （MPa）

图2 Q345R的S-N曲线

S-N曲线的绘制受到平均应力的影响，可以执行通过平均应力修正理论实

现。Q345R是韧性材料，Goodman理论适用于韧性材料的平均应力修正理论。因此，利用Goodman理论来考虑平均应力的影响。如图3所示。

图3 平均应力修正理论曲线

3 有限元疲劳分析结果

***的最高工作压力 2.7Mpa，最低工作压力0.05Mpa。***上封头与裙座的直线度偏差在一定范围内变化，根据企业的要求，分别对直线度偏差L为*mm、**mm和**mm进行疲劳分析。

使用通用结构分析软件ANSYS Workbench Environment(AWE)13.0中的疲劳分析模块Fatigue Tool，根据***对称性，可仅对结构的二分之一进行疲劳分析。3.1直线度偏差L=*mm的疲劳分析结果

在交变载荷作用下，***整体的等效交变应力，即疲劳应力幅如图4（a）所示。***的最大应力幅为80.23MPa，出现在上封头与接管连接部位的颈部内侧，

如图4（b）所示。

***下封头的最大应力幅为77.091MPa，出现在下封头管口的内表面，下如图4（c）所示。

裙座的最大应力幅为16.456MPa，出现在裙座上部与下封头结合的部位，如图4（d）所示。

图（a）***整体的应力云图图（b）***上封头的应力云图

图（c）***下封头的应力云图图（d）裙座的应力云图

图4 L=0mm的疲劳分析的应力幅

***的整体疲劳寿命（Life）如图5所示。显示的是疲劳作用，直到失效的

循环次数。由图5可知，***的整体疲劳寿命，就是S-N曲线的最大循环次数1e6。

图5 L=0mm的***疲劳寿命

4.2直线度偏差L=***mm的分析结果

在交变载荷作用下，***整体的等效交变应力，即疲劳应力幅如图6（a）所示。***的最大应力幅为80.229MPa，出现在上封头与接管连接部位的颈部内侧，如图6（b）所示。

***下封头的最大应力幅为77.398MPa，出现在下封头管口的内表面，下如图6（c）所示。

裙座的最大应力幅为16.468MPa，出现在裙座上部与下封头结合的部位，如图6（d）所示。

图（a）***整体的应力云图图（b）***上封头的应力云图

图（c）***下封头的应力云图图（d）裙座的应力云图

图6 L=**mm的疲劳分析的应力幅

***的整体疲劳寿命（Life）如图7所示。显示的是疲劳作用，直到失效的

循环次数。由图7可知，***的整体疲劳寿命，就是S-N曲线的最大循环次数1e6。

图7 L=12mm的***疲劳寿命

4.3直线度偏差L=**mm的分析结果

在交变载荷作用下，***整体的等效交变应力，即疲劳应力幅如图8（a）所示。***的最大应力幅为80.192MPa，出现在上封头与接管连接部位的颈部内侧，

如图8（b）所示。

***下封头的最大应力幅为77.145MPa，出现在下封头管口的内表面，下如

图8（c）所示。

裙座的最大应力幅为16.483MPa，出现在裙座上部与下封头结合的部位，如图8（d）所示。

图（a）***整体的应力云图图（b）***上封头的应力云图

图（c）***下封头的应力云图图（d）裙座的应力云图

图8 L=***mm的疲劳分析的应力幅

***的整体疲劳寿命（Life）如图9所示。显示的是疲劳作用，直到失效的

循环次数。由图9可知，***的整体疲劳寿命，就是S-N曲线的最大循环次数1e6。

图9 L=0mm的***疲劳寿命

5计算结果汇总及结论

5.1 计算结果汇总

在0.05Mpa~2.7MPa的交变载荷作用下，***直线度偏差为&mm和**mm时，***各部位交变应力幅的最大值如表2所示。

表2 结果汇总表

编号直线度偏

差（mm）

整体最大应

力幅（MPa）

上封头最大应

力幅（MPa）

下封头最大应

力幅（MPa）

裙座最大应

力幅（MPa）

整体最大寿命

（N）

1 * 80.23 80.23 77.091 16.456 1e6

2 ** 80.229 80.229 77.398 16.468 1e6

3 ** 80.192 80.192 77.145 16.483 1e6

由表2 可知，筒体、上封头和下封头的最大应力幅，在直线度偏差为0mm、12mm和20mm时，应力值变化很小（变化不到0.4%）；***裙座的最大应力幅，随着直线度偏差的增大而增大，但增大很小（增大不到0.2%）。

5.2 结论

（1）：***在交变载荷作用下，进行了关键部位的疲劳强度校核。计算结果

表明，***直线度偏差为12mm和20mm时，结构稳定，***的整体疲劳寿命为1e6。