压力容器有限元分析报告.docx
《压力容器有限元分析报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《压力容器有限元分析报告.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
压力容器有限元分析报告
有限元的分析简介
随着科技的进一步发展，传统的分析方法已不能满足现在社会的需求，以及更不能满足一些问题的精确分析，而有限元的出现和应用给机电、土木、航天等工业领域带来了历史性的突破。
ＡＮＳＹＳ是有限元的应用软件，主要用于几何和网格划分、多物理场、结构力学、流体动力学、非线性结构、仿真过程及数据管理、显示动力学等多领域的应用
有限元法是求解工程科学中数学物理问题的一种通用数值方法。
本书介绍有限元法的基本原理、建模方法及工程应用，强调理论与实践的结合。
全书包括两篇共16章，第1篇由第1～10章组成，介绍有限元法的基本理论和方法，容包括：
有限元法基本理论、平面问题、轴对称问题和空间问题、杆梁结构系统、薄板弯曲问题以及热传导问题、结构动力学问题、非线性问题的有限元法。
有限元主要介绍有限元建模技术及基于ANSYS的有限元分析工程应用，容包括：
有限元建模的基本流程、模型简化技术、网格划分技术、边界条件处理与模型检查以及基于ANSYS的有限元分析工程应用实例。
创新实践课题：
压力容器的有限元应力分析与设计
1、问题描述
1、如图1所示为一台Ф700立式储罐，其手孔的直径为Ф88，材料为16MnR,设计压力为13.5Mpa，工作压力为12.3Mpa，弹性模量为201GPa，泊松比为0.3，要求利用有限元分析对此压力容器进行应力分析设计。
2、立式储罐用途：
主要用于储存气体，如燃气等，因为储罐密封性能好且能承受较高的压力，所以将气体压缩成液体后，方便于储存在储罐。
2、设计基本参数如下表：
弹性模量
201Gpa
工作压力
12.3Mpa
设计压力
13.5Mpa
储罐直径
700
手孔直径
88
泊松比
0.3
材料
16MnR
螺栓力
82109N
封头直径
146
壁厚
34
圆弧面直径
18
封头厚
15
立式储罐结构示意简图如下图所示：
图1
在压力容器的应力分析中，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”代替校核截面。
该容器轴对称，所以只需考虑对储罐上半部分进行分析设计。
法兰上的螺栓力可以转化为一个集中力F,且F=82109N。
三、结构壁厚计算
1.筒体厚度
计算厚度：
设计厚度：
名义厚度：
34mm
有效厚度：
2.椭圆形封头厚度
标准椭圆封头
计算厚度：
设计厚度：
名义厚度：
18mm
有效厚度：
3.手孔厚度
有限元建模分析
本次分析采用ansys10.0建立有限元分析和应力设计
一、GUI操作方式
定义工作文件名和工作标题
（1）定义工作文件名：
执行changejobname，文件名命名为wuzu
（2）定义工作标题：
执行changetitle命令，对文件的压力进行分析
（3）关闭三角坐标符号
定义单元类型和材料属性
（1）选择单元类型：
在elementtypes命令中选择strucralsolid和quad8node82
（2）设置单元选项：
在elementtypeoption命令框中选择k3为axisymmertic
（3）设置材料属性：
在materialnumber命令框中设置ex为2.01e11，prxy为0.3
二、建立几何模型
（1）生成矩形面，在bydimensios中设置三个矩形面数据如下：
350，384，0,280
44,146,795.3,846.3,44，62,600,742.8
（2）生成部分圆环面：
执行partialannulus命令框中设置wpx,wpy,,theta1,rad,theta2,分别为0,280,355,8.75,373,63，0,280,355,67,.6,383,90
（3）面叠分操作：
执行booleans下的areas命令A3和A5的面进行叠加
（4）删除面操作：
执行delete下的below命令，选择A6和A8的面
（5）线倒角操作：
执行lines下的linesfillet命令，选择要倒角的两条线在rad文本框中输入20，这则另一倒角的两条线，在RAD文本中输入10
（6）线生成面操作：
点击bylines命令选择如下两组三条线生成两个面
（7）面相减操作，在boolsean下的areas选择A10和A3两个面生成如下图
（8）面向加操作：
在boolsean下的addaaread选择如下四个面生成如下图
生成关键点：
选择A2面中的L5在lineratio选项框中输入0.348生成关
（9）生成关键点：
在ratio下输入lineratio=0.348,生成关键点21.
（10）生成线，拾取“15，20”“22，19”“14，17”“11，21”“3，13”“4，16”“5，12”“21，5”“24，18”关键点生成九条线。
再生成面。
（11）面分解操作：
在AreabyLine下，拾取A2，A3,A10面，拾取L33,L27,L26线，生成的图形如图所示。
（12）进行编号压缩操作
（13）合并关键点：
执行MergeItems命令，弹出图所示。
选择Keypoints。
（14）保存几何模型
三、划分有限元网格
（1）连接线过渡圆弧线：
执行Lines命令，拾取L22、L8和L28的线，单击OK按钮。
（2）设置单元尺寸：
执行MeshTool命令，弹出划单击Set按钮，拾取L1、L3、L15、L13、L19、L25、L26、L10、L27和L31的线，弹出ElementSixesonPickedLines对话框。
输入NDIV=4。
（3）设置全局单元尺寸：
MeshTool命令，在SIZE文本框中输入20。
（4）划分网格：
生成的有限元网格如图所示：
四、施加载荷并求解
（1）在线上施加面载荷：
执行PressurelOnLines命令，拾取L4、L17、L14、L20、L30、L22、L8、L28、L24、L9和L7的线。
弹出对话框，在LoadPRESvalue文本框中输入13.5。
（2）施加集中载荷：
执行OnNodes命令，拾取编号为708的关键点。
弹出如图所示对话框。
在Directionofforce/mom中选择FY，然后在Force/momentvalue文本框中输入82109。
（3）显示单元：
执行PlotElement命令，生成结果如图所示。
（4）求解运算：
执行Solve-CurrentLS命令，浏览后执行File/Close命令，在Solutionisdone对话框时单击Close按钮完成求解运算。
（5）保存分析结果
五、浏览运算结果
（1）显示变形形状：
容器施加载荷就会产生力，而容器壁受到力的作用将产生形变，变形量随力的大小改变，所以图中所出现的变形不同是因为其受到的力的大小不同，所以容器的制作要根据实际用途设计，其各个部位所使用的材料的量要合适。
变形公式为：
F=ps
所出结果符合设计要求。
（2）显示节点位移云图：
生成结果如图所示：
容器受到力的作用容器壁产生变形就会出现节点的位移变化，变形量不同，节点位移也不同，符合设计要求。
（3）显示节点的VonMises应力：
生成结果如图所示
对设计载荷作用下进行有限元分析，并对分析结果进行应力强度评定。
评定的依据为JB4732-1995《钢制压力容器——分析设计标准》。
应力线性化路径的选择原则为：
（1）通过应力强度最大节点，并沿壁厚方向的最短距离设定线性化路径；
（2）对于相对高应力强度区，沿壁厚方向设定路径。
设计工况下的评定线性化路径如下图所示，线性化结果如下图所示，都符合设计要求。
（4）在路径上映射数据的图形显示：
生成如图所示：
（5）图形显示当前路径上应力线性化结果：
以图形显示当前路劲上的所有应力分量、主应力及相关的应力强度。
（6）疲劳分析校核
最高压力工况与最低压力工况下设备的最大应力强度均出现在接管与封头相贯区的壁，通过计算，疲劳校核通过。
分析结论
附录一
PRINTLINEARIZEDSTRESSTHROUGHASECTIONDEFINEDBYPATH=PATH2DSYS=0
*****POST1LINEARIZEDSTRESSLISTING*****
INSIDENODE=395OUTSIDENODE=350
LOADSTEP1SUBSTEP=1
TIME=1.0000LOADCASE=0
**AXISYMMETRICOPTION**RHO=0.28417E+14
THEFOLLOWINGX,Y,ZSTRESSESAREINSECTIONCOORDINATES.
**MEMBRANE**
SXSYSZSXYSYZSXZ
-2.339124.6141.1-0.31360.0000.000
S1S2S3SINTSEQV
141.1124.6-2.340143.4.9
**BENDING**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDE
SXSYSZSXYSYZSXZ
I-8.7262.4153.6240.0000.0000.000
C-2.5280.1974E-010.3828E-120.0000.0000.000
O3.669-2.376-3.6240.0000.0000.000
S1S2S3SINTSEQV
I3.6242.415-8.72612.3511.79
C0.1974E-010.000-2.5282.5482.538
O3.669-2.376-3.6247.2936.756
**MEMBRANEPLUSBENDING**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDE
SXSYSZSXYSYZSXZ
I-11.07127.0144.7-0.31360.0000.000
C-4.867124.6141.1-0.31360.0000.000
O1.330122.3137.5-0.31360.0000.000
S1S2S3SINTSEQV
I144.7127.0-11.07155.8147.7
C141.1124.6-4.868146.0.5
O137.5122.31.330136.1129.2
**PEAK**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDE
SXSYSZSXYSYZSXZ
I0.1776E-1411.002.67712.040.0000.000
C4.155-4.801-1.044-1.0.0000.000
O0.0009.3332.218-7.3230.0000.000
S1S2S3SINTSEQV
I18.742.677-7.74226.4823.11
C4.297-1.044-4.9449.2418.
O13.352.218-4.01717.3715.24
**TOTAL**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDE
SXSYSZSXYSYZSXZ
I-11.07.0147.411.730.0000.000
C-0.7129119.8140.0-1.4520.0000.000
O1.330131.6.7-7.6370.0000.000
S1S2S3SINTSEQVTEMP
I147.4.0-11.98159.4155.30.000
C140.0119.9-0.7304140.8131.8
O.7132.00.8841.8.10.000
附录二
PRINTLINEARIZEDSTRESSTHROUGHASECTIONDEFINEDBYPATH=PATH2DSYS=0
*****POST1LINEARIZEDSTRESSLISTING*****
INSIDENODE=395OUTSIDENODE=350
LOADSTEP1SUBSTEP=1
TIME=1.0000LOADCASE=0
**AXISYMMETRICOPTION**RHO=0.28417E+14
THEFOLLOWINGX,Y,ZSTRESSESAREINSECTIONCOORDINATES.
**MEMBRANE**
SXSYSZSXYSYZSXZ
-2.339124.6141.1-0.31360.0000.000
S1S2S3SINTSEQV
141.1124.6-2.340143.4.9
**BENDING**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDE
SXSYSZSXYSYZSXZ
I-8.7262.4153.6240.0000.0000.000
C-2.5280.1974E-010.3828E-120.0000.0000.000
O3.669-2.376-3.6240.0000.0000.000
S1S2S3SINTSEQV
I3.6242.415-8.72612.3511.79
C0.1974E-010.000-2.5282.5482.538
O3.669-2.376-3.6247.2936.756
**MEMBRANEPLUSBENDING**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDE
SXSYSZSXYSYZSXZ
I-11.07127.0144.7-0.31360.0000.000
C-4.867124.6141.1-0.31360.0000.000
O1.330122.3137.5-0.31360.0000.000
S1S2S3SINTSEQV
I144.7127.0-11.07155.8147.7
C141.1124.6-4.868146.0.5
O137.5122.31.330136.1129.2
**PEAK**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDE
SXSYSZSXYSYZSXZ
I0.1776E-1411.002.67712.040.0000.000
C4.155-4.801-1.044-1.0.0000.000
O0.0009.3332.218-7.3230.0000.000
S1S2S3SINTSEQV
I18.742.677-7.74226.4823.11
C4.297-1.044-4.9449.2418.
O13.352.218-4.01717.3715.24
**TOTAL**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDE
SXSYSZSXYSYZSXZ
I-11.07.0147.411.730.0000.000
C-0.7129119.8140.0-1.4520.0000.000
O1.330131.6.7-7.6370.0000.000
S1S2S3SINTSEQVTEMP
I147.4.0-11.98159.4155.30.000
C140.0119.9-0.7304140.8131.8
O.7132.00.8841.8.10.000
附录三
PRINTLINEARIZEDSTRESSTHROUGHASECTIONDEFINEDBYPATH=PATH3DSYS=0
*****POST1LINEARIZEDSTRESSLISTING*****
INSIDENODE=294OUTSIDENODE=285
LOADSTEP1SUBSTEP=1
TIME=1.0000LOADCASE=0
**AXISYMMETRICOPTION**RHO=0.81139E+13
THEFOLLOWINGX,Y,ZSTRESSESAREINSECTIONCOORDINATES.
**MEMBRANE**
SXSYSZSXYSYZSXZ
41.42-1.26199.0617.350.0000.000
S1S2S3SINTSEQV
99.0647.58-7.422106.592.24
**BENDING**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDE
SXSYSZSXYSYZSXZ
I-53.125.621-50.890.0000.0000.000
C-2.6260.5370-0.8475E-100.0000.0000.000
O47.86-4.54750.890.0000.0000.000
S1S2S3SINTSEQV
I5.621-50.89-53.1258.7457.65
C0.53700.000-2.6263.2.932
O50.8947.86-4.54755.4353.99
**MEMBRANEPLUSBENDING**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDE
SXSYSZSXYSYZSXZ
I-11.704.36048.1817.350.0000.000
C38.79-0.723599.0617.350.0000.000
O89.28-5.807149.917.350.0000.000
S1S2S3SINTSEQV
I48.1815.45-22.7970.9661.52
C99.0645.33-7.258106.392.08
O149.992.35-8.873158.8.3
**PEAK**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDE
SXSYSZSXYSYZSXZ
I-0.1243E-13-5.756-5.447-19.170.0000.000
C3.3030.86490.59290.18610.0000.000
O0.1421E-13-1.564-1.0847.2120.0000.000
S1S2S3SINTSEQV
I16.50-5.447-22.2638.7633.67
C3.3170.85080.59292.7242.605
O6.472-1.084-8.03614.5112.57
**TOTAL**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDE
SXSYSZSXYSYZSXZ
I-11.70-1.39642.73-1.8180.0000.000
C42.090.141499.6617.530.0000.000
O89.28-7.371148.924.560.0000.000
S1S2S3SINTSEQVTEMP
I42.73-1.084-12.0154.7450.180.000
C99.6648.46-6.221105.991.71
O148.995.16-13.25162.1143.00.000
附录四
PRINTLINEARIZEDSTRESSTHROUGHASECTIONDEFINEDBYPATH=PATH6DSYS=0
*****POST1LINEARIZEDSTRESSLISTING*****
INSIDENODE=360OUTSIDENODE=490
LOADSTEP1SUBSTEP=1
TIME=1.0000LOADCASE=0
**AXISYMMETRICOPTION**RHO=0.26461E+14
THEFOLLOWINGX,Y,ZSTRESSESAREINSECTIONCOORDINATES.
**MEMBRANE**
SXSYSZSXYSYZSXZ
80.8137.30134.0-59.980.0000.000
S1S2S3SINTSEQV
134.0122.9-4.748.7.5
**BENDING**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDE
SXSYSZSXYSYZSXZ
I-4.3994.882-3.2570.0000.0000.000
C0.1228-0.4937E-01-0.4825E-120.0000.0000.000
O4.645-4.9803.2570.0000.0000.000
S1S2S3SINTSEQV
I4.882-3.257-4.3999.2818.766
C0.12280.000-0.4937E-010.17220.1536
O4.6453.257-4.9809.6259.012
**MEMBRANEPLUSBENDING**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDE
SXSYSZSXYSYZSXZ
I76.4142.18130.7-59.980.0000.000
C80.9337.25134.0-59.980.0000.000
O85.4532.32137.2-59.980.0000.000
S1S2S3SINTSEQV
I130.7121.7-3..8129.5
C134.0122.9-4.740.7.5
O137.2124.5-6.713143.9.0
**PEAK**I=INSIDEC=CENTERO=OUTS
升级会员 