压力容器ansys有限元分析设计实例

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应力分析报告

Stress Analysis Report

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目录

一. 设计分析依据 (2)

设计参数 (2)

计算及评定条件 (2)

二. 结构壁厚计算 (3)

三. 结构有限元分析 (4)

有限元模型 (5)

单元选择 (5)

边界条件 (6)

四. 应力分析及评定 (7)

应力分析 (7)

应力强度校核 (8)

疲劳分析校核 (11)

五. 分析结论 (11)

附录1设计载荷作用下结构应力沿路径线性化结果 (A) (11)

附录2设计载荷作用下结构应力沿路径线性化结果 (B) (13)

附录3设计载荷作用下结构应力沿路径线性化结果 (C) (14)

附录4设计载荷作用下结构应力沿路径线性化结果 (D) (15)

附录5设计载荷作用下结构应力沿路径线性化结果 (E) (17)

附录6设计载荷作用下结构应力沿路径线性化结果 (F) (18)

附录7设计载荷作用下结构应力沿路径线性化结果 (G) (19)

附录8设计载荷作用下结构应力沿路径线性化结果 (H) (21)

一. 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）

设计参数

表1 设备基本设计参数

计算及评定条件

(1) 静强度计算条件

表2 设备载荷参数

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进行计算，故采用设计载荷进行强度分析结果是偏安全的。

(2) 材料性能参数

材料性能参数见表3，其中弹性模量取自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和表6-6确定。

表3 材料性能参数性能

(3) 疲劳计算条件

此设备接管a 、c 上存在弯矩，接管载荷数据如表4所示。

表4 接管载荷数据表

二. 结构壁厚计算

按照静载荷条件，根据JB4732-95第七章（公式与图号均为标准中的编号）确定设备各元件壁厚，因介质密度较小，不考虑介质静压，同时忽略设备自重。

1.筒体厚度

因P c =<=×1×=，故选用JB4732-95公式（7-1）计算筒体厚度： 计算厚度： c m i

c P KS D P -=

2δ=97

.28.134********.2-⨯⨯⨯=

设计厚度： 12C C d ++=δδ=++=

名义厚度：=n δ54mm

有效厚度：12C C n e --=δδ=椭圆形封头厚度

标准椭圆封头，厚度根据JB4732-95图7-1中r/D r =的曲线确定。

8.134197.2⨯=m c KS P =，查表得： i

R δ

= 计算厚度： =⨯=⨯=0165.020000165.0i R δ33mm 设计厚度： 12C C d ++=δδ=33++= 名义厚度：=n δ54

有效厚度：12C C n e --=δδ=考虑到封头的厚度减薄量13%，有限元计算厚度为

3.05.1%)131(54---⨯=δ=

3.开孔接管

接管开孔采用16Mn Ⅱ厚壁管，结构见总图及零件图，各开孔厚壁管有效尺寸如表5所示：

表5 接管有效尺寸

三. 结构有限元分析

按照JB4732-1995进行分析，整个计算采用软件，建立有限元模型，对设备进行强度应力分析。

有限元模型

(1)上封头部分

根据上封头的结构特点和载荷特性，建立了1/2上封头的力学模型。在封头与筒体连接处，存在不连续应力，但其值较小，对整个封头及其接管的应力分布影响较小，故予以忽略。上封头及其接管的三维实体模型如图1所示：

图1 上部封头三维实体模型

(2)下封头部分

根据下封头的结构特点和载荷特性，建立了1/2上封头的力学模型。如图2所示：

图2 下部封头三维实体模型

单元选择

在结构的应力分析中，采用软件提供的Solid 95单元进行六面体网格划分。

图3、4为上、下部封头的网格划分模型。

图2 上部封头的网格划分模型

图3 下部封头的网格划分模型

边界条件

(1) 位移边界条件

对上、下部封头模型的筒节的外端面Z方向进行约束，同时对模型的对称面施加对称约束。为了限制模型的刚体位移，对模型筒节的外端面上，X＝0处对称两点约束的X方向进行约束，δX＝0；Y＝0处对称两点约束的Y方向进行约束，δY＝0。

(2) 力的边界条件

在设备的筒节内壁、各接管的内壁以及封头内壁施加内压载荷，在补强管的外端面上施加等效平衡面载荷。因是1/2模型，则接管上的弯矩为一半M= 。

平衡载荷计算公式为：

()

2

0/1

i P

F D D =-

-

设计工况接管平衡面载荷大小见表6。

表6 设计工况下接管平衡面载荷（MPa ）

接管 设计压力 a b d

e

Ø508×16

Ø168×8

Ø268×12 Ø219×25

MPa

设计工况（）载荷作用下，下部封头部分的边界条件施加情况如图4所示。

图4上部封头的边界条件加载图

四. 应力分析及评定

应力分析

设计工况（）载荷作用下，上、下部封头的应力强度分布如图5、6所示。