压力容器接管应力分析ansys命令流
基于JB4732标准的压力容器应力分析
压力容器的静力学分析与模态分析压力容器的制造和使用都有严格规范标准，本文借助ANSYS软件对某型压力容器结构进行静力学分析与模态分析，结合压力容器分析设计标准JB4732-1995，对压力容器的应力结构进行评定，从而对压力容器结构进行强度校核。
本文所研究分析的压力容器结构如下所示，压力容器顶部开孔为非对称开孔，侧边开孔为对称开孔。
压力容器筒体外径为1218mm，总高度为4058mm，顶部接管内径为212mm，侧边接管内径为468mm，筒体壁厚为28mm。
压力容器的工作压力为3.2MPa，容器内工作温度为-25℃-55℃，整体结构材料为14Cr1Mo。
图1 压力容器结构三维模型（右图为剖视）表3.1 压力容器结构应力分析的材料参数材料弹性模量（Gpa）泊松比许用应力(MPa)14Cr1Mo 183 0.3 1403.1 有限元模型建立采用ANSYS Workbench进行静力学分析，需要先对压力容器结构进行网格划分，为提高计算精度，保证线性化应力后处理的准确性，对压力容器结构采用全六面体的网格划分，且在厚度方向上划分至少3层的网格。
网格单元类型采用高阶单元类型，在ANSYS 中的单元类型号为Solid186，Solid186单元结构如下图所示，该单元共有20个节点，单元形状为六面体，在六面体的顶点处共有8个节点，在六面体边的中点位置处共有12个节点，合计20个节点。
Solid186可以很好的适用于线性或非线性的有限元仿真分析，同时还支持塑性本构、蠕变本构等一些特殊的非线性材料。
Solid186属于实体单元，实体单元每个节点具有三个平动自由度，分别为UX，UY和UZ。
结构厚度方向上布置多层网格单元，可以很好的分析出结构在厚度方向上的应力变化梯度，提高计算精度[13]。
图2 Solid186单元类型结构图采用workbench自带的Mesh功能对压力容器结构进行网格划分，整体的网格尺寸设置为15mm，厚度方向划分三层网格。
基于ANSYS对压力容器的应力分析与结构优化
１ 压力容器 的应 力分布
压力容器设计时 ， 一般首先按 照“ 等安全裕度”类 ，然后按照各种应力 的作用及性质判断 其危险『而给予不同的控制值 。 生
侧 过渡 圆弧 半径 Ｒ。 １ｍ ＝ ０ ｍ，内侧 应 力释 放槽 圆弧 半径 Ｒ ＝
１ｍｍ， ０ 容器最高工作压力 Ｐ ２ ａ ＝ ＭＰ （ 设计压力 ２１ Ｐ ）容器材料 ．Ｍ ａ，
６ Ｒ， ＝ ｘ ０ ＭＰ ， 泊 ｚ ．， ＝ ． ／ ｋ 压力容器中 ，由内压产生 的薄膜应力为一次总体薄膜应力 １Ｍｎ 弹性 模 量 Ｅ ２ ｌ５ ａ 松 比 ／ ０３ 材料 密度 ７８ ｇ ｍ， ２ ０ ａ Ｐ 由满足结构 连续 所需要 的 自平衡应力 威二 次应力 Ｑ， 发 ｍ 许 用 应 力＝ ５ ＭＰ 。 ｍ； 其
基 于 Ａ ＹＳ对压 力容 器的应 力分析 与结构优化 ＮＳ
董 龙梅 杨 涛 孙 显 （ 内蒙古 工业大 学 机械 学 院 ， 和浩 特 ０ ０ ５ ） 呼 １０ １
Ｓｔ ｓ ｎ ｌｓｓａ ｄｓ ｒ ｃ ｕ ｅｏ ｔ ｚ ｔ ｎｏ ｒ ｓ ｕ ｅｖ ｓ ｅ ｎＡＮＳＹＳ ｒ ｓａ ａｙ ｉ ｎ ｔｕ ｔ ｒ ｐ ｉ ａ ｉ ｆ ｅ ｓ ｒ ｅ ｓ ｌ ｅ ｍｉ ｏ ｐ ｏ
中图分类 号 ：Ｈ１ ３Ｔ ４ ２ 文献标 识码 ： Ｔ ２ ，Ｂ ７ Ａ
随着 核容器和大型化高参数化 工容器 的广泛使用 ，以往所 部 薄 膜 应 力 。 采用的基于弹性失效准则的按“ 规则设计” 法已不能完全适应 方
根据应力分类 ， 平板封头压力容器 中， 基本壁厚部分总应力
工 程设 计 的要 求 ，基 于 塑性 失 效 准 则 的分 析 设 计 越 来 越 多 的应 为 Ｐ Ｑ Ｆ 由于释放槽 圆弧 （ ｍ＋ ＋ ； 如图 １ 所示 ， 半径为 Ｒ１ ０的半 圆） 用到现代容器 的设计 中。分析设计 的基础首先是对容器关键部 处 为几何不 连续区 ，故此处 由内压产生 了一 次局部薄 膜应力
ANSYS应力场命令流
FINISH/SOLUANTYPE,,REST!!!!!!!!!解除死单元的约束/////////////////////////////////////////////////ESEL,S,LIVE !选择所有活动单元NSLE,S !选择所有活动结点NSEL,INVEDDELE,ALL,ALL !!!!!解除所有节点的自由度约束ALLSEL,ALL!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!第一条焊缝开始分析0.4s结束!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!第一条焊缝开始分析0.8s/prep7ALLSEL,ALL!激活所有的单元EALIVE,all!杀死所有的焊缝上的单元VSEL,S,,,1,2,1 !!!!!!!!!!!选择第1-2条焊缝ESLV,S !!!!!!!!!!!选择第1-2条焊缝上的单元Ekill,all !!!!!!!!!!!杀死第1-2条焊缝上的单元ALLSEL,ALL!激活焊点后面的焊缝单元，现在主要是对第1条焊缝上的单元VSEL,S,,,1 !!!!!!!!!!!选择第1条焊缝NSLV,R,1 !!!!!再选择第1条焊缝上所有的节点NSEL,R,LOC,X,0,0.001ESLN,R !!!!!再选择0-0.4s间的单元，不包括下一个焊缝的单元EALIVE,all !激活焊点后面的焊缝单元ALLSEL,ALL!读入温度场结果，杀死所有的超过800摄氏度的单元/////////////////////////ETCHG,STT/POST1VSEL,S,,,1, !!!!!!!!!!!选择第1条焊缝ESLV,S !!!!!!!!!!!选择第1条焊缝上的单元SET,3,LAST,1NSEL,S,TEMP,,800,3000,,0ESLN,R,1/prep7Ekill,all !!!!!!!!!!!杀死800-3000摄氏度的单元ALLSEL,ALLETCHG,TTS !!!!转换成结构单元!!!!!!!!再死掉表面效应单元ESEL,S,TYPE,,2Ekill,all !!!!!!!!!!!杀死第1-2条焊缝上的表面效应单元ALLSEL,ALLTREF,26LDREAD,TEMP,,,0.8,,hanjiejianmo,rth,!/SOLU!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!约束所有不活动的结点自由度（可选ESEL,S,LIVE !选择所有活动单元NSLE,S !选择所有活动结点NSEL,INVE !选择所有非活动结点（不与活动单元相连的结点）D,all,,,,,,ALL,,,,, !约束所有不活动的结点自由度（可选）ALLSEL,ALL!!!!!!!!!!!!!!////////////////约束焊件的端部DL,1,,UX,DL,1,,UZ,DL,3,,UZ,D,7426,,,,,,UY,,,,,D,7930,,,,,,UY,,,,,!!!分析类型选项trnopt,full !!!!!!!!!!指定瞬态分析选项timint,on !!!!!!!!!时间积分效应nlgeom,on !!!!!大变形选项!!!!!!!!!!!!!!SSTIF, 1 !!!!!硬化线性分析，在大变形选项打开时使用nropt,full,,on !在完全瞬态分析中,指定Newton－raphson选项EQSLV,,,0,!!!!!!!!!!!!///////////////////////////////////网上的该法CUTCONTROL,PLSLIMIT,2.5,CUTCONTROL,CRPLIMITexp,0.2,0CUTCONTROL,CRPLIMITimp,0.25,1CUTCONTROL,NPOINT,15!!!!!!!!////////////////////////////////////!!!!!载荷步选项TIME,0.8NSUBST,20,KBC,0autots,on !指定使用自动步长跟踪!!!!!非线性选项LNSRCH,OFF!!!!!!LNSRCH,1!!!!!!!!!!!!!!!!!!pred,on,,onCNVTOL,F,,0.005,2,, !!!!!!/////////////////////////////增大收敛值NEQIT,40 !!!!!!/////////////////////////////增大迭代次数TOFFST,273outres,all,last !!!!!!!!!!规定写入数据库的求解信息/PBF,TEMP,,1SOLVEFINISH。
利用ANSYS软件对压力容器进行应力分析
利用ANSY S软件对压力容器进行应力分析韩 敏(西安科技大学,西安710054)摘要:利用ANSY S有限元软件对压力容器进行应力分析,获得了压力容器的应力分布图。
经分析发现,ANSY S软件分析的结果与真实情况基本一致。
整个建模、分析过程充分说明ANSY S 软件为压力容器的结构设计提供了可靠、高效的理论依据。
关键词:压力容器;ANSY S;有限元;应力分析中图分类号:TH49 文献标志码:A 文章编号:100320794(2008)0120073202Stress Analysis of Pressure Contain with ANSY S Softw areH AN Min(X i’an University of Science and T echnology,X i’an710054,China)Abstract:The static force im paction of a pressure contain with ANSY S s oftware was analysed and the stress distribution drafts of them were g otten.Through theories analysis,the result of finite-element analysis is proved to be acceptable,and it provides the theories support to today’s machine optimize design.K ey w ords:pressure contain;ANSY S;finite-element;stress analysis计方法,得出的结构强度结果比较保守,这就限制了容器整体性能的提高和材料的有效利用。
分析设计依据标准JB4732《钢制压力容器—分析设计标准》,它是基于“塑性失效”与“弹塑性失效”准则,其理论基础是板壳力学、弹性与塑性理论及有限元法,是根据具体工况,对容器各部位进行详细地应力计算与分析,在不降低设备安全性的前提下选取相对较低的安全系数,从而降低了结构的厚度,使材料得到了有效的利用。
基于ANSYS的典型压力容器应力分析设计说明.doc
基于 ANSYS的典型压力容器应力分析设计2010 年第 3 期（总第 136 期）业东，农琪（广西工业职业技术学院，广西530001 ）【摘要】研究从工程实践应用需求出发，采用ANASYS9.0有限元软件对容器进行详细的应力分析计算，对不同类别的应力进行分类和强度评定。
应力强度满足分析设计标准，确保了容器的安全可靠性。
【关键词】应力；强度；压力容器；分析设计；有限元1研究的目的和意义过去，压力容器及其部件的设计基本采用常规设计法, 以弹性失效准则为基础，材料的许用应力采用较大的安全系数来保证，一般情况常规设计仅考虑容器壁厚中均匀分布的薄膜应力，不考虑其他类型的应力，如局部高应力和边缘应力均不考虑等 , 常规设计不讨论由此而产生的多种失效形式。
分析设计以塑性失效和弹塑性失效准则为基础，并引入安全寿命的概念，对具有循环加载特征的部件进行疲劳分析。
比较详细地计算了容器和承压部件的各种应力，对应力进行分类，再采用不同的应力强度条件给予限制[1]。
本课题研究的目的是对石油化工生产中广泛使用的典型压力容器进行应力分析，应用ANSYS软件编写参数化设计程序，对典型压力容器中的筒体、椭圆形封头、锥形封头，开设人孔、接管等进行应力分析，为压力容器的分析设计提供一种比较通用的设计方法。
2钢制压力容器设计的两种规GB 150－ 1998《钢制压力容器》是以弹性失效准则为理论基础，导出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，将其限制在许用应力值以，即可确定容器的壁厚。
在标准所规定的适用围，按标准要求所设计、制造的容器是安全可靠的。
JB 4732－ 1995《钢制压力容器——分析设计标准》是以弹塑性失效准则为理论基础，应用极限分析和安定性原理，允许容器材料局部屈服，采用最大剪应力理论，以主应力差的最大值作为容器发生垮塌和破坏的依据。
标准要求对容器所需部位的应力作详细计算，并进行强度评定和疲劳分析。
压力容器接管应力分析ansys命令流
! ***************环境设置************************finish/clear/filn, E42/title, FEA of connecting zone of nozzle to cylinder/units,si !采用国际单位制! ********* 参数设定*********Rci=1000 ! 筒体内半径tc=30 ! 筒体厚度Rco=Rci+tc ! 筒体外半径Lc=4000 ! 筒体长度Rno=530 ! 接管外半径tn=15 ! 接管厚度Rni=Rno-tn ! 接管内半径Li=193 ! 接管内伸长度Ln=500 ! 接管外伸长度rr1=30 ! 焊缝外侧过渡圆角半径rr2=15 ! 焊缝内侧过渡圆角半径pi=1.2 ! 内压pc=pi*Rci**2/(Rco**2-Rci**2) ! 筒体端部轴向平衡面载荷!****************前处理***************************/prep7et,1,95 ! 定义单元类型mp,ex,1,2e5 ! 定义材料的弹性模量mp,nuxy,1,0.3 ! 定义材料的泊松比!****************建立模型***************************cylind,Rco,Rci,0,-Lc/2,90,270, ! 生成筒体wpoff,0,0,-Lc/2 ! 将工作面沿-Z向移动Lc/2wprot,0,90, ! 将工作面沿yz旋转90度cylind,Rno,Rni,-Ln-Rci-tc,-Rci+Li,90,180, ! 生成接管vovlap,all ! 体overlap布尔运算vsel,s,,,7 ! 选择筒体*afun,deg ! 设定角度函数中单位为角度ang1=2*nint(asin(Rno/Rci)) ! 计算接管区切割角度wprot,0,0,-90+ang1 ! 旋转坐标系vsbw,all ! 切割筒体afillt,21,12,rr1 ! 筒体与接管外表面圆角afillt,23,35,rr2 ! 筒体内表面与接管外表面圆角afillt,14,25,rr2 ! 生成下辅助过渡圆角afillt,13,19,rr1 ! 生成上辅助过渡圆角allsaskin,91,64 ! 根据接管外过渡圆角在接管内外表面上的交线蒙面vsba,4,13 ! 切割外伸接管askin,83,72 ! 根据接管内过渡圆角在接管内外表面上的交线蒙面vsba,5,18 ! 切割内伸接管askin,67,75 ! 根据内外圆角边界蒙皮生成切割面24 vsba,2,24 ! 切割筒体wprot,0,,90-ang1 ! 旋转坐标系wprot,0,90,0 ! 旋转坐标系wpoff,0,0,-2*Rni ! 移动坐标系至接管区轴向切割位置vsbw,all ! 切割筒体VDELE, 3, , ,1 ! 删除筒体上开孔失去的部分ADELE, 25, , ,1 ! 删除辅助面ADELE, 35, , ,1 ! 删除辅助面al,33,65,5 ! 生成外圆角区域所需的端面al,49,73,40 ! 生成外圆角区域所需的端面al,66,7,37 ! 生成内圆角区域所需的端面al,41,74,50 ! 生成内圆角区域所需的端面asel,s,,,31 ! 选择外圆角区域各面asel,a,,,38,39asel,a,,,4,6,2va,all ! 生成外圆角区域体asel,s,,,21 ! 选择内圆角区域各面asel,a,,,41,42asel,a,,,5,9,4va,all ! 生成内圆角区域体vsel,s,,,1,5,2 ! 选择过渡区的体素vsel,a,,,8,9vsel,a,,,6vadd,all ! 合并体素allsaadd,4,43,29,26,5,51 ! 合并过渡区端面面素aadd,50,9,52,28,45,6 ! 合并过渡区端面面素!划分网格LESIZE,67, , ,80, , , , ,1 ! 指定圆周方向的剖分数LESIZE,5, , ,5, , , , ,1 ! 指定过渡圆弧的剖分数vsweep,10 ! 扫略剖分该区域allsMSHAPE,0,3D ! 设定三维映射剖分MSHKEY,1VMESH,7 ! 映射剖分接管上段VMESH,4 ! 映射剖分接管下段accat,56,65 ! 筒体开孔相邻区区域规则化连面LESIZE,108, , ,40,0.5, , , ,1 ! 指定筒体接管相邻区的剖分数VMESH,13 ! 扫略剖分该区域vsweep,11 ! 扫略剖分筒体其它部分vsweep,12vsweep,2allsnummrg,all ! 合并所有相同项numcmp,all ! 压缩fini!****************求解***************************/soluasel,s,loc,z,0 ! 选择筒体端面SFA,all,1,PRES,-pc ! 施加端面平衡面载荷asel,s,loc,x,0 ! 选择对称面asel,a,loc,z,-Lc/2 ! 选择对称面DA,all,SYMM ! 施加对称约束asel,s,loc,y,Ln+Rci+Tc ! 选择接管端面DA,all,UY, ! 约束轴向位移asel,s,,,38 ! 选择内表面面素asel,a,,,34asel,a,,,9asel,a,,,41asel,a,,,12asel,a,,,10asel,a,,,7asel,a,,,22asel,a,,,25asel,a,,,15asel,a,,,27asel,a,,,23SFA,all,1,PRES,pi ! 施加内压alls。
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。
基于ANSYS软件对压力容器开孔接管区的应力与疲劳分析
[环保#安全]DO I :10.3969/.j issn .1005-2895.2011.02.031收稿日期:2010-08-13;修回日期:2010-10-08作者简介:林国庆(1986),男,吉林农安人,硕士研究生,主要研究方向为压力容器的疲劳与可靠性。
E -m ai:l l gq0726@126.co m基于ANSYS 软件对压力容器开孔接管区的应力与疲劳分析林国庆,王茂廷(辽宁石油化工大学机械工程学院,辽宁抚顺 113001)摘 要:文章利用AN S Y S 有限元软件对压力容器开孔接管区进行应力分析,获得了开孔接管区的应力强度分布图,得到最大应力发生在筒体最高位置与接管的连接处,最大应力强度值为247.478M Pa 。
然后利用AN S Y S 进行疲劳寿命分析,将有限元方法与疲劳寿命分析理论相结合,得到累积使用系数均小于1,即开孔接管部位满足疲劳强度的要求,因此该容器是安全的。
通过此次分析再次证明了AN SYS 软件为压力容器实际工程应用中提供了可靠的、高效的理论依据。
图4表3参11关 键 词:压力容器;应力分析;疲劳分析;AN S Y S 软件;开孔接管区;累积使用系数中图分类号:TQ055 文献标志码:A 文章编号:1005-2895(2011)02-0116-04Stress Analysis and Fati gue Anal ysis of Pressure V esselOpeni ng Tubi ng Based on ANS Y S Soft wareL I N Guo -qing ,WANG M ao -ti n g(School o fM echan ica l Eng ineer i ng,L iaon i ng Shi hua U n i versity ,Fushun 113001,Ch i na)Abst ract :In t h is paper ,the app lication o f ANSYS finite ele m ent soft w are to anal y sis the stress of nozzle op ening pressurevessel to obtain t h e nozzle op ening stress intensity d istribution,t h e greatest stress is a t t h e hi g hest position in t h e cy linder connected w ith t h e op ening tubing and the m ax i m um stress i n tensity is 247.478M Pa ,then using theANSYS finite ele m ent s oft w are to ana l y sis the fatigue life of the nozzle o p en i n g pressure vessel ,w hich co m bined the finite ele m entm ethod w ith t h e fatigue li f e theory.A t last obta i n ed the cum ulati v e coeffic i e n ts w ere less than 1,that is to say that the nozzle opening pressure vessel partsm eet the requ ire m ents of fati g ue strength ,result in the contai n er is sa fe .Through theoretic ana l y sis and the resu lt of finite -ele m ent analysis is proved thatANSYS so ft w are is acceptable and e ffi c ien.t A t the sa m e ti m e it prov i d es the t h eo retic support to present pressure vesse l eng i n eeri n g .[Ch ,4fig .3tab .11re.f ]K ey w ords :pressure vessels ;stress analysis ;fatigue ana l y sis ;ANSYS soft w are ;no zzle openi n g ;cum ulati v e coeffic i e n ts 0 引言压力容器是石油、化工、机械、核工业、航天、轻工、食品、制药等多种工业中广泛使用的承压设备。
基于ANSYS的高压容器简体与封头的连接区的应力分析
摘ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
要 由 于 高 压 容 器 筒 体 与 封 头 的 连 接 区 的 不 连 续 ，往 往 导 致 不 连 续 区局 部 应 力
集 中，而 且 结 构 较 为 复 杂 ，很 难 用 解 析 法 进 行 精 确 求 解。采 用 有 限 元 分 析 软 件
ＡＮ Ｙ Ｓ Ｓ对 高压 容 器 筒 体 与 封 头 的 连 接 区进 行 了应 力 分 析 ，从 而 为 压 力 容 器 不 连 续 区应 力 分 析 提 供 了一 种 合 理 的 方 法 和 依 据 。 关 键 词 压 力 容 器 应 力 封 头 ＡＮ ＹＳ 不连 续 区 局 部 应 力 集 中 Ｓ
参数进 行说 明 ，具 体见 表 １ 。
＊王佑 坤 ，男 ，１ ７ ９８年 ８月 生 ，工 程 师 。 兰州 市 ，７ ０ ６ ３００
维普资讯
１ ８
基 于 ＡＮＳ ＹＳ的高压 容器 筒体 与封 头的连接 区的应 力分 析
学可采用 第 四强度理 论 （ 即等效应 力强度理论 ）
本 文模拟 的是某 高压容 器 ，设计 压力 Ｐ： １ ＭＰ ，设 计 温 度 ６ ａ Ｔ 一 ２ ０ ， 材 料 为 ０℃
表 １
参数 Ｒ・ ７ ｍｍ 一７ ５ Ｒｚ ０ ｒｍ 一８ ０ ａ
ｌ ０ ｒｍ ＝１ ０ ａ
图 １ 高 压 容 器 球 形 封 头 与简 体 连 接 区结 构
参 数表
参 数 意 义 筒 体 内 半径 球 壳 内 半径
简 体壁 厚
参数
参 数 意 义
Ｅ＝２ ０ ＭＰ 材 料 弹性 模 量 ×１ ａ 一０ ３ ．
＝５
材 料 泊 松 比
厚 度 方 向 剖分 数
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
压力容器管板的ANSYS有限元分析
用ANSYS软件进行压力容器管板的有限元分析序言压力容器管板是压力容器重要部件，根据管板结构的特点，它直接影响着管箱的承压能力。
它的变形情况及应力分析对整个箱管结构的应力分析起着决定性的作用。
然而J摺佣解析法对压力容器管板所受的应力和应变情况分析，解析误差太大。
采用ANSYS有限元分析软件建立压力容器管板的有限元模型，加载求解进行应力场分析对算出压力容器管板的最大应力泣变，利用ANSYS的有限元分析和计算机图形学功能显示三维应力等值面应移等值面，从而为压力容器管板机构的优化分析提供了充分的理论依据。
1基本分过程1.1创建有限元模型本文选用一种U型管式的压力容器来建模，管板材料选用20MuMo 锻件。
球形封头材料16MnR，材料的弹性模量E=20E+05MPa.泊松比为03，密度为7.8t/m3，设计压力P=31.4MPa，许用应力为196MPa。
在压力容器的应力的分析中，压力容器部件设计关心的是应力沿壁厚的分布规律及其大小，可采用沿壁厚方向的校核线代替校核面。
另外由于压力容器是轴对称结构，所以可选其一半结构来建模。
为了节省时间和存储空间，而又不影响分析结果，根据其结构，略去一些细节。
其中管孔对于管板强度的削弱，可以采用有效弹性模量E1和有效泊松比V1的概念将管板折算为同厚度的当量无孔圆平板，因此管板区域分为两大部分，1区按等效圆板来处理，而2区按实际悄况处理。
根据相关文献得到E1=054F,V1=0360综上所述，所得简化后有限元分析模型如图1所示:图1有限元分析模型1.2网格划分通常ANSYS的网格划分有两种方法，即自由划分和映射划分。
自由划分网格主要用于划分边界形状不规则的区域，分析稍度不够高，但要求划分的区域满足一定的拓补条件。
奕淞」分网格主要适合与敖钡臼形体，分析精度高。
鉴于压力容器管板的结构特点，本文同时采用了这两种方法。
在非边界区域采用醉编寸网格划分，在边界区域及梢度要求不是很高的区域采用自由网格划分。
基于ANSYS的压力容器有限元分析及优化设计
317压力容器是一种能够承受压力的密闭容器，广泛应用于煤化工生产领域。
煤化工生产作业环境苛刻，需要其外壳具备较高的强度，保护内部电子元器件不被损坏。
为验证压力容器的耐压性能，需根据其工作条件设计压力容器，将机器人安装在压力容器内部，对压力容器进行加压以模拟其高压工作环境，检测外壳的耐压性能是否符合要求。
本文基于国标 GB150-2011中关于压力容器的规定，完成压力容器的各项参数的计算取值。
利用 ANSYS 有限元仿真软件对其进行校核，对该压力容器工作状态下的应力及变形情况进行分析，判断其结构强度及 O 形圈的密封效果是否符合要求[1]。
1 压力容器参数化设计 对实际工况进行分析，根据要求完成压力容器的初步设计，结构如图 1 所示。
图1 压力容器三维模型该压力容器主要由两部分组成：压力舱和平盖，两个部件通过螺栓连接，平盖挤压压力舱端面上的 O 形圈完成密封。
由于采用水作为介质进行加压维持压力舱内压力处于预定值，压力容器需经常浸泡在水环境中，容易腐蚀生锈，会对密封结构造成破坏，且存在安全隐患，因此采用不锈钢完成该压力容器的设计和制造。
平盖所承受的应力较大，工作时容易产生较大变形导致 O 形圈密封失效，因此平盖需采用高强度不锈钢材料。
20Cr13是一种常用的高强度马氏体不锈钢材料，具有高抗蚀性、高强度、高韧性和较强抗氧化性，被广泛应用于制造各种承受高应力的零件。
基于20Cr13的优良性能，选用该材料用于平盖的设计和制造[2]。
与平盖相比较，压力舱承受应力相对较小，选用 304 不锈钢用于压力舱的设计和制造。
基于国标 GB150-2011 关于压力容器的规定，对压力容器各部分的参数进行计算如下：（1）壳体厚度计算： 圆筒厚度计算公式如下：[]c ii c P D −=φσδ2P（1）式中，σ为圆筒壳体计算厚度（mm）；p c 为计算压力（MPa）；D i 为圆筒内直径（mm），[σ]i 为壳体材料的许用应力（MPa），φ为焊接接头系数。
基于ANSYS的压力容器的应力分析与结构优化
基于ANSYS的压力容器的应力分析与结构优化作者：成鹏涛来源：《中国化工贸易·下旬刊》2018年第08期摘要：本文利用ANSYS有限元分析软件对缓冲压力容器进行了应力分析和壁厚优化。
在满足应力强度的条件下，得到了合理的方案。
容器质量降低17.5%，球形封头壁厚降低16.7%，由此可见优化效果明显。
关键词：压力容器；应力分析；优化设计；壁厚；ANSYS；缓冲器压力容器是一种广泛应用于石油化工、机械、轻工、食品等行业的压力容器设备。
传统的压力容器设计采用规则设计，即按照标准GB150《钢制压力容器》。
为了确保安全的容器，设计师总是试图增加壁厚提高压力容器的承载能力，结构强度的结果是相对保守的，这限制了容器的整體性能的提高和材料的有效使用。
随着分析设计理念的发展，越来越多的设计人员优化了压力容器的结构。
本文利用ANSYS有限元分析软件对容器各部分进行了详细的应力计算和分析，以容器的最小质量为目标，不降低设备的安全性。
通过优化设计方法，给出了压力容器参数的最优组合，以减小结构的厚度，有效地提高材料使用效率。
1 压力容器参数及应力云图1.1 工作条件和结构参数有一缓冲器，整个缓冲器封头材料为16MnR，接管材料为16Mn，其参数见表1。
设计压力p=32MPa，弹性模量E=206GPa，泊松比μ=0.3。
壁厚参考范围t1=30～39mm，t2=15～24mm，许用应力[σ]=250MPa。
1.2 参数化建模根据结构特点和荷载特性，采用轴对称力学模型进行分析，从关键点生成曲面，建立二维模型。
该结构采用PLANE82进行网格划分，这是ANSYS软件提供的8个节点的轴对称单元。
1.3 施加载荷及应力分布有限元分析的目的是了解模型对外界荷载的响应。
使用有限元分析工具的关键步骤是正确识别和定义负载，有效地实现仿真负荷。
在这种情况下，压力容器内表面的压力为32MPa，对球形头末端的对称面施加对称约束。
管道末端的轴向拉伸应力为：得到了应力结果。
基于ANSYS_WORKBENCH的压力容器接管应力分析
图4 总体变形图
2.5 应力评定 如图3所示整体最大应力发生在接管连接处的
3 结论
（1）模型局部结构复杂，必须通过实体的划 分才能满足六面体方式的网格划分，采用局部细 化的方式将焊缝结构的网格细化。网格的划分质 量对最终的计算结果影响很大，常常会有成倍的
◆参考文献 [1] 韩敏.利用ANSYS软件对压力容器进行应力分析[J].煤矿
机械，2008，29(1)：73-74. [2] 范念青.基于ANSYS的压力容器的分析设计演示[J].中国
图2 网格划分
2.4 施加边界条件并求解 有限元分析的目的是了解模型对外部施加
载荷的响应。正确地识别和定义载荷，并有效地 实现仿真加载，是运用有限元分析工具的关键一 步。模型受到的载荷有内压、外压以及重力和支 撑力。考虑到重力和外压相对内压的影响较小， 可忽略不计。因此，只对筒体和接管内表面施加 设计压力载荷P=0.55MPa，对称面施加对称约束， 筒体端面施加轴向平面载荷，另一端面限制轴向 运动。接下来进入求解处理器对模型求解，得到 并显示第三强度最大切应力（Stress Intensity）云 图，如图3所示。图中应力大小分别用不同颜色表 示，其中红色表示应力值最大，蓝色表示应力值 最小，从图中可看出最大应力224.05 MPa出现在
（3）根据JB4732-95进行应力分类，不考虑 疲劳破坏的影响，接管的受力情况可分为一次和 二次应力的影响，一次加二次应力最大处129 MPa 满足分析设计的强度要求。
基于ANSYS的高温高压压力容器筒体与封头应力分析
技术应用与研究2018·06113Chenmical Intermediate当代化工研究基于ANSYS 的高温高压压力容器筒体与封头应力分析＊向微媛 王咸鼎 朱攀 候亭波（北方民族大学化学与化学工程学院 宁夏 750021）摘要：压力容器在我国化工、纺织、石油冶炼等传统行业中是必不可少的关键装备。
在实际生产过程中，高温高压是工艺生产过程中会遇到的工况，会在压力容器筒体和封头连接处产生较大的应力集中，会影响压力容器正常工作。
本文借助于计算机有限元ANSYS15.0软件，对压力容器在高温高压条件下，筒体与封头连接处进行应力分析模拟，为压力容器设计提供一定的参考价值。
关键词：压力容器；高温高压；有限元ANSYS；应力分析中图分类号：T 文献标识码：AStress Analysis of Cylinder and Head of High-temperature and High-pressure PressureVessel Based on ANSYSXiang Weiyuan, Wang Xianding, Zhu Pan, Hou Tingbo(Chemistry and Chemical Engineering Department of Northern Nationalities University, Ningxia, 750021)Abstract ：Pressure vessel is an essential key equipment in traditional industries such as chemical industry, textile industry and petroleumsmelting in China. In the actual production process, high-temperature and high-pressure are the working conditions that will be met in the process of production, which will generate greater stress concentration at the connection between the cylinder and the head of the pressure vessel, and will affect the normal operation of the pressure vessel. In this paper, with the help of computer finite element ANSYS 15.0 software, the stress analysis and simulation of the connection between cylinder and head of pressure vessel under high-temperature and high-pressure conditions are carried out, which provides some reference value for the design of pressure vessel.Key words ：pressure vessel ；high temperature and high pressure ；finite element ANSYS ；stress analysis1.引言压力容器在我国能源化工、纺织等传统高能耗行业有着非常重要的作用，随着科学技术的进步和实际需求，生产许多产品时，其工况条件都是在高温高压环境下进行的，对压力容器筒体与封头所能承受的压力提出了更高的要求。
基于ANSYS对压力容器的应力分析与结构优化
基于ANSYS对压力容器的应力分析与结构优化发表时间：2019-09-03T17:05:27.837Z 来源：《科学与技术》2019年第07期作者：杨照林[导读] 在实验中为了获得较为精准的应力分布和参数，可以用有限元分析软件ANSYS对压力容器进行分析和设计。
通用电气（上海）电力技术有限公司武汉分公司湖北省武汉市 430205摘要：在实验中为了获得较为精准的应力分布和参数，可以用有限元分析软件ANSYS对压力容器进行分析和设计。
并可以在压力容器的设计中得到最佳的方案。
关键词：ANSYS；压力容器；应力分析；结构优化在实际的应用需要中，压力容器的设计主要分为两大类；第一类是在在总体不连续区的结构中很大部分后产生应力。
应力也可以称为容器的几何形状和材料的不连续。
同时也有局部的不连续，即材料或载荷的不连续。
第二类的结构有相对较小的范围内会产生影响应力。
由于国内外的科研人员运用了有限元来对压力容器的压力的不连续区进行应力分析。
科研人员在载荷作用下，压力容器的不连续区会产生弯矩，同时也会导致压力容器的不连续区的应力大于其它压力容器的区域。
使得产生压力容器的这个区域容易失效1 问题描述在某容器中设计容器的压力为P=16 MPa。
将容器的温度为T=165℃。
同时将容器壁厚设计为 T 1 =105 mm和容器的封头内径为 R 2 =815 mm。
在压力容器的封头和压力容器筒体的连接部分进行优化设计。
在压力容器的不连续区结构中对筒体和封头厚度不变的情况下进行优化。
并改变压力容器的锥形段长度和斜边倾斜角的情况下，压力容器的不连续区的应力集中最小。
综上所述可得优化设计的数学模型为联立力平衡方程和变形协调方程的解。
在联立解中K 为应力集中系数。
2 有限元模型单元类型选择因为压力容器的几何结构是对称的，所以在压力容器的2D实体中可以运用软件来分析2D平面压力容器的应力和轴对称的问题。
因此压力容器同时受到的对称载荷作用是一样的。
基于Ansys软件对压力容器的应力及疲劳分析_刘旭
基于 Ansys 软件对压力容器的应力及疲劳分析 刘旭
（沈阳鼓风机集团有限公司 110869） 摘 要：在往复压缩机配套的压力容器中，有很大一部分容器具有工作压力高，同时承受气体脉动
载荷的特点。文章选取出口缓冲罐，对于主要开孔区进行了应力分析、评定和疲劳分析。通过此次分析为 实际工程应用中压力容器的设计，提供了部分可靠、有效的理论依据。
2. 应力分析 2.1. 参数化建模
根据缓冲罐的结构，支撑部分采用可调节的楔形支座，不属于刚性支撑，所以只针对 筒体、封头及开孔区域建模。分别建立两个模型，由于结构的对称性，筒体开孔部分选取 1/4接管及1/2筒体及封头建立模型；由于轴对称特性，封头开孔部分建立平面模型。
筒体开孔部分，选用solid45号单元建模，对于筒体、封头及接管的截面施加对称面位 移约束，筒体及接管的内表面施加20.1Mpa的内压载荷，同时在接管端面施加轴向位移约
基于ANSYS的典型压力容器应力分析
图 １ 买体 模 型
２ 运用 Ａ Ｓ Ｓ有限元软件对压力容器进行应力分 ＮＹ 析
２１ ＡＮＳ ． ＹＳ软 件对 压 力 容器 模 型 的 设计 与 建 造
２３ 对 于 压 力容 器 的 热 应 力分 析 －
创建 ，创建完成后 通过 Ａ Ｓ Ｓ软件 自带 的 Ｃ Ｄ Ｃ Ｅ、 适合于分析复杂的元件的应力情况。 ＮＹ Ａ 、Ａ
Ｃ Ｍ数 据输入接 口实体模型导 人 Ａ Ｓ Ｓ软件 系统 中， Ａ ＮＹ 这样就节省了创建复杂模型 的时间 ， 提高 了设计的效率 ； 对于第二种通过 Ａ Ｓ Ｓ软件 自身来创 建实体模型 的方 ＮＹ 法 ，可以用来创建较为简单 的实体模型 ， Ｎ Ｙ Ａ Ｓ Ｓ软件 系 统中有非常方便 的菜单功能 ，设计师只需要运用相关 的 命令就可 以直接创建简单的实体模型 了，这种方法一般 用在简单 的建模设计当中 ， 有一定的局限性 ， 同时也非常 的方便 。 Ｎ Ｙ 软件 系统 中有两种建模 的方法 ：自顶而 Ａ ＳＳ
体模型和通过 Ａ Ｓ Ｓ Ｎ Ｙ 软件 自身来直接创建实体模型。 对 方法的实质都是就将实体模 型分解成为许 多个 “ 微元 ” ， 于第一种通过外接 口导入实体模型的方法 ，类似于将 已 这些 “ 元 ” 微 在应 力分析 的过程 中就从 当“ 传感器 ” 的作 经 做 好 的文 件 拷 贝进 入 电脑 中 ， Ｎ Ｙ Ａ Ｓ Ｓ软 件 可 以直 接 利 用 。 映射 网络 划分 能 够 将 实体 划 分 成 为 十分 规 则 的形 状 ， 用 它来 进 行工 作 。这 种方 法 适 用 于 比较 复 杂 的 结 构模 型 当然 这 也 要 求 实 体 在 划 分 前 本 来 就 具 有 规 则 的面 和 体 ；
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! ***************环境设置************************
finish
/clear
/filn, E42
/title, FEA of connecting zone of nozzle to cylinder
/units,si !采用国际单位制
! ********* 参数设定*********
Rci=1000 ! 筒体内半径
tc=30 ! 筒体厚度
Rco=Rci+tc ! 筒体外半径
Lc=4000 ! 筒体长度
Rno=530 ! 接管外半径
tn=15 ! 接管厚度
Rni=Rno-tn ! 接管内半径
Li=193 ! 接管内伸长度
Ln=500 ! 接管外伸长度
rr1=30 ! 焊缝外侧过渡圆角半径
rr2=15 ! 焊缝内侧过渡圆角半径
pi=1.2 ! 内压
pc=pi*Rci**2/(Rco**2-Rci**2) ! 筒体端部轴向平衡面载荷
!****************前处理***************************
/prep7
et,1,95 ! 定义单元类型
mp,ex,1,2e5 ! 定义材料的弹性模量
mp,nuxy,1,0.3 ! 定义材料的泊松比
!****************建立模型***************************
cylind,Rco,Rci,0,-Lc/2,90,270, ! 生成筒体
wpoff,0,0,-Lc/2 ! 将工作面沿-Z向移动Lc/2
wprot,0,90, ! 将工作面沿yz旋转90度
cylind,Rno,Rni,-Ln-Rci-tc,-Rci+Li,90,180, ! 生成接管
vovlap,all ! 体overlap布尔运算
vsel,s,,,7 ! 选择筒体
*afun,deg ! 设定角度函数中单位为角度
ang1=2*nint(asin(Rno/Rci)) ! 计算接管区切割角度
wprot,0,0,-90+ang1 ! 旋转坐标系
vsbw,all ! 切割筒体
afillt,21,12,rr1 ! 筒体与接管外表面圆角
afillt,23,35,rr2 ! 筒体内表面与接管外表面圆角
afillt,14,25,rr2 ! 生成下辅助过渡圆角
afillt,13,19,rr1 ! 生成上辅助过渡圆角
alls
askin,91,64 ! 根据接管外过渡圆角在接管内外表面上的交线蒙面vsba,4,13 ! 切割外伸接管
askin,83,72 ! 根据接管内过渡圆角在接管内外表面上的交线蒙面
vsba,5,18 ! 切割内伸接管
askin,67,75 ! 根据内外圆角边界蒙皮生成切割面24 vsba,2,24 ! 切割筒体
wprot,0,,90-ang1 ! 旋转坐标系
wprot,0,90,0 ! 旋转坐标系
wpoff,0,0,-2*Rni ! 移动坐标系至接管区轴向切割位置vsbw,all ! 切割筒体
VDELE, 3, , ,1 ! 删除筒体上开孔失去的部分ADELE, 25, , ,1 ! 删除辅助面
ADELE, 35, , ,1 ! 删除辅助面
al,33,65,5 ! 生成外圆角区域所需的端面
al,49,73,40 ! 生成外圆角区域所需的端面
al,66,7,37 ! 生成内圆角区域所需的端面
al,41,74,50 ! 生成内圆角区域所需的端面
asel,s,,,31 ! 选择外圆角区域各面
asel,a,,,38,39
asel,a,,,4,6,2
va,all ! 生成外圆角区域体
asel,s,,,21 ! 选择内圆角区域各面
asel,a,,,41,42
asel,a,,,5,9,4
va,all ! 生成内圆角区域体
vsel,s,,,1,5,2 ! 选择过渡区的体素
vsel,a,,,8,9
vsel,a,,,6
vadd,all ! 合并体素
alls
aadd,4,43,29,26,5,51 ! 合并过渡区端面面素
aadd,50,9,52,28,45,6 ! 合并过渡区端面面素
!划分网格
LESIZE,67, , ,80, , , , ,1 ! 指定圆周方向的剖分数
LESIZE,5, , ,5, , , , ,1 ! 指定过渡圆弧的剖分数
vsweep,10 ! 扫略剖分该区域
alls
MSHAPE,0,3D ! 设定三维映射剖分
MSHKEY,1
VMESH,7 ! 映射剖分接管上段
VMESH,4 ! 映射剖分接管下段
accat,56,65 ! 筒体开孔相邻区区域规则化连面
LESIZE,108, , ,40,0.5, , , ,1 ! 指定筒体接管相邻区的剖分数VMESH,13 ! 扫略剖分该区域vsweep,11 ! 扫略剖分筒体其它部分vsweep,12
vsweep,2
alls
nummrg,all ! 合并所有相同项numcmp,all ! 压缩
fini
!****************求解***************************
/solu
asel,s,loc,z,0 ! 选择筒体端面
SFA,all,1,PRES,-pc ! 施加端面平衡面载荷asel,s,loc,x,0 ! 选择对称面
asel,a,loc,z,-Lc/2 ! 选择对称面
DA,all,SYMM ! 施加对称约束
asel,s,loc,y,Ln+Rci+Tc ! 选择接管端面
DA,all,UY, ! 约束轴向位移
asel,s,,,38 ! 选择内表面面素
asel,a,,,34
asel,a,,,9
asel,a,,,41
asel,a,,,12
asel,a,,,10
asel,a,,,7
asel,a,,,22
asel,a,,,25
asel,a,,,15
asel,a,,,27
asel,a,,,23
SFA,all,1,PRES,pi ! 施加内压
alls。