厚壁圆筒裂纹有限元分析_毕业设计论文

厚壁圆筒裂纹有限元分析

摘要

压力容器是承压并具有爆炸危险的特种设备，一旦发生爆炸或者泄漏事故，往往并发引起火灾或中毒等重大伤亡，严重影响社会生产和经济发展，人民的生命和财产将蒙受巨大损失，同时直接影响社会生活的安定。压力容器在使用过程中会产生各种缺陷，对这些缺陷进行安全评估是安全生产的必要工作。

本文以断裂力学为理论基础，利用断裂力学理论及数值分析方法从而更能准确的反映出压力容器在不同裂纹尺寸和不同裂纹类型下的疲劳寿命。判断含裂纹缺陷压力容器运行的安全性与可靠性的目的在于减少不必要的停产以及维修，从而提高经济性和设备的可靠性，因此本课题的研究更加具有实用意义。并且通过有限元软件ANSYS，建立该表面裂纹缺陷的二维平面模型和三维有限元模型，模拟计算最能反映出该裂纹前沿状态的重要参量—应力强度因子值，并分析有限弹性体高度和长度的变化对应力强度因子值大小的影响。以上研究的结果为该设备的安全使用和可靠性评价提供了理论依据。

关键词：裂缝；有限元；应力集中；结构分析；应力强度因子

Abstract

Pressure vessels are special pressured equipments with explosion hazard.Heavy casualties such as fire disaster and poisoning caused by explosion or leakage seriously will seriously affect social production,economic development,and people’s lives and property.Therefore,security evaluation on the defects during the process of use is necessary to ensure safety production.

This Paper is based on fracture mechanics，this method that using the theory of fracture mechanics and numerical analysis is in order to define an accurate fatigue life of the pressure vessel at different crack size and form.To determine the safety and reliability of the pressure vessel which containing crack defect aimed to reduce unnecessary shutdowns and maintenance，therefore，it enhance the economy and reliability of the equipment.So the study of this topic has more practical significance.And by the use of the finite element software-ANSYS ,the paper establishes a Surface crack 3-D model，simulates an important parameter-the stress Intensity factor，that can best reflect the status of the crack front.This paper also analyses the change of the stress intensity factor value which is influenced by the limited elastomer’s height and weight.These results of the study Provide a theoretical basis for the safe use and reliability evaluation of the equipment.

Key word: Crack; Finite element; Stress concentration; Structural analysis; SIF

第1章概述

有资料表明，目前我国压力容器供方市场已有2700余家，已构成规模大，装备强，覆盖面广，技术力量强，素质高的生产厂家。并且我国已形成ASME产品协作网，中小压力容器厂商联合会，已创建压力容器协会，这均是很有前景的横向联合的行业协会团体，已构建了大型集团化公司，如东方锅炉有限公司，南京石化集团等。因此，我国压力容器制造现状特点和存在问题值得我们进行深入研究。

1.1 压力容器制造现状特点

现有压力容器制造过程由七大部分组成，即设计、机加工和铆接、材料、焊接、无损探伤、计量理化和检验，它贯穿于压力容器制造的整个过程，这七大部分相互联系、相互协调、相互制约共同完成压力容器产品的制造。压力容器是以小批量、单件的生产方式为主的产品，长期以来高成本、较长的加工周期困扰着企业，使企业为此付出了代价。随着科学技术的飞速发展，产品的生命周期不断缩短，客户往往因为不能忍受长时间的等待而离去，使企业失去了一些客户的信任；再加上压力容器制造企业设备投入大，生产成本居高不下，产品的生产周期长，这些严重制约了企业的发展，削弱了企业的核心竞争力。所以要提升压力容器制造企业的核心竞争力就必须对现有压力容器产品的制造过程进行剖析，从而找出引起压力容器产品生产高成本、长交货期的根源所在，“对症下药”有的放矢的采取有效的方法达到解决长期困扰企业的两难问题。下面从产品结构、工艺流程、生产方式等方面对压力容器产品的生产特点做以下描述：

产品结构、参数的多样性。压力容器产品适用范围广，如制药、化工、石油、冶炼、饮食等行业，所处行业不同，有不同的用途，因此广泛的用途使其产品具有多种多样、品种繁多的特点，而且即使是同类产品中也会因客户需求上的差异，造成产品结构上的不同，进而引起制造工艺上的多样性。例如，以罐类容器为例，同为罐类但因其在生产工艺中的作用不同分为混合罐、储罐、蒸发器、热水器、蒸馏罐、过滤器、叶滤罐等，使它们在制造过程中的生产工艺流程各不相同。

压力容器产品有较高的安全性要求。压力容器制造必须遵循大量强制的标准和规范，并且标准和规范具有时效性。压力容器产品因其多在高温、高压、真空、腐蚀等环境条件下长期运行，而且所盛装的介质常为易燃、易爆、剧毒、有害物质，因此产品的安全性被放在首位，产品从设计开始需要遵循强制性的标准和规范。如GB150-98、GB151-98等等。随着科学技术的不断进步，新技术、新