浙大化机所-承压设备设计与安全-分析报告-大作业

应力分析报告Stress Analysis Report

浙江大学化工机械研究所Institute of Process Equipment Zhejiang University

Apr., 2010

目录

一. 设计分析依据 (1)

1.1 设计参数 (1)

1.2 计算及评定条件 (1)

二. 结构壁厚计算 (2)

三. 结构有限元分析 (3)

3.1 有限元模型 (3)

3.2 单元选择 (4)

3.3 边界条件 (5)

四. 应力分析及评定 (6)

4.1 应力分析 (6)

4.2 应力强度校核 (7)

4.3 模型疲劳强度评定 (10)

五. 分析结论 (10)

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) (12)

附录3设计载荷作用下结构应力沿路径线性化结果 (C) (13)

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) (16)

附录6设计载荷作用下结构应力沿路径线性化结果 (F) (17)

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) (20)

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）

（3）吸附器设计参数

1.1 设计参数

表1 设备基本设计参数

1.2 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

工作载荷为加压、卸压循环载荷，每小时循环操作2次，容器设计寿命30年。故循环次数为n 1=2×24×365×30=525600次。

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 =0.6MPa<0.4KS m =0.4×1×196=78.4MPa ，故选用JB4732-95公式（7-1）计算筒体厚度：

计算厚度：

0.61000

1.53mm 2211960.6

c i m c P D KS P δ⨯=

==-⨯⨯-

设计厚度：

21 1.5320.3 3.83mm d C C δδ=++=++=

根据JB4732-1995(2005确认版)，取名义厚度：8mm n δ= 有效厚度：21820.3 5.7mm e n C C δδ=--=--= 2.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 =0.17的曲线确定。

0.60.003061196c m P KS ==⨯，查表得： 0.00325i

R δ

= 计算厚度：0.003255000.00325 1.625mm i R δ=⨯=⨯= 设计厚度：21 1.62520.3 3.925mm d C C δδ=++=++= 根据JB4732-1995(2005确认版)，取名义厚度：8mm n δ= 有效厚度：21820.3 5.7mm e n C C δδ=--=--= 若考虑到封头的厚度减薄量13%，有限元计算厚度为

8(113%)2 4.96mm δ=⨯--=

综合考虑封头和筒体的有限元计算厚度，我们取有限元计算厚度为4.96mm 。 3.开孔接管

接管开孔采用16Mn Ⅲ厚壁管，结构见总图及零件图，各开孔厚壁管尺寸如表4所示：

表4 接管尺寸

三. 结构有限元分析

按照JB4732-1995进行分析，整个计算采用ANSYS10.0软件，使用MN-m-MPa单位制，建立有限元模型，对设备进行强度应力分析。

3.1 有限元模型

基于筒节结构几何的连续性，在不影响结构应力分布的状况下，省去了筒节中部部分尺寸模型的建立，而与封头相连接的筒节部位模型作了一定尺寸范围的保留。

上部封头的实体模型如下图1所示，以筒节的中心为坐标原点，水平面为XY平面，筒节的轴向方向为Z轴方向。

图1 三维实体模型

3.2 单元选择

在结构的应力分析中，采用ANSYS10.0软件的8节点三维实体单元（SOLID 45）对模型进行六面体网格划分。

图2为网格划分模型，单元数目为14416，节点数目为18725。

a)总体效果图

b) 局部放大图 图2 网格划分模型

3.3 边界条件

(1) 位移边界条件

在Z=0的面上约束Z 向位移；在Y=0的面上约束Y 向位移；在X=0的面上约束X 向位移。

(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。

平衡载荷计算公式为：

()

2

0/1

i P

F D D =-

-

计算得到接管a 的平衡面载荷为-8.85MPa 。

设计工况（0.6MPa ）载荷作用下，上部封头的边界条件施加情况如图3所示。