压力容器有限元分析Word文件下载.docx

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弹性模量

201Gpa

工作压力

\

设计压力

储罐直径

700

手孔直径

88

泊松比

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

18mm

3.手孔厚度

】

有限元建模分析

本次分析采用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）—

（2）选择单元类型：

在elementtypes命令中选择strucralsolid和quad8node82

（3）设置单元选项：

在elementtypeoption命令框中选择k3为axisymmertic

（4）设置材料属性：

在materialnumber命令框中设置ex为，prxy为

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,,,44，62,600,

（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,,373,63，0,280,355,67,.6,383,90

（3）|

（4）面叠分操作：

执行booleans下的areas命令A3和A5的面进行叠加

（5）删除面操作：

执行delete下的below命令，选择A6和A8的面

（6）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

（7）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

（8）面相减操作，在boolsean下的areas选择A10和A3两个面生成如下图

（9）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选项框中输入生成关

（10）生成关键点：

在ratio下输入lineratio=,生成关键点21.

（11）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。

（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内壁，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=LOADCASE=0

**AXISYMMETRICOPTION**RHO=+14

THEFOLLOWINGX,Y,ZSTRESSESAREINSECTIONCOORDINATES.

**MEMBRANE**

SXSYSZSXYSYZSXZ

S1S2S3SINTSEQV

**BENDING**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDE

~

I

C

O

**MEMBRANEPLUSBENDING**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDE

**PEAK**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDE

：

**TOTAL**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDE

.

C

S1S2S3SINTSEQVTEMP

O

附录二

PRINTLINEARIZEDSTRESSTHROUGHASECTIONDEFINEDBYPATH=PATH2DSYS=0

&

*

—

附录三

PRINTLINEARIZEDSTRESSTHROUGHASECTIONDEFINEDBYPATH=PATH3DSYS=0

?

INSIDENODE=294OUTSIDENODE=285

**AXISYMMETRICOPTION**RHO=+13

/

·

…

附录四

PRINTLINEARIZEDSTRESSTHROUGHASECTIONDEFINEDBYPATH=PATH6DSYS=0

INSIDENODE=360OUTSIDENODE=490

^

{

经上述有限元数值模拟计算，并按有关规定进行应力评定及疲劳分析校核，结论：

在设计工况和操作工况下，设备满足应力强度和疲劳强度要求。