高压压力容器筒体与封头连接处应力分布的有限元分析

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作者：马夕瑞李宁罗超韩雄宗孙涛

来源：《科技视界》2015年第24期

【摘要】随着科技的快速发展，高压容器作为承压设备已普遍应用于各个领域，因而对

高压容器的设计分析尤为重要。其中压力容器的不连续区往往是压力容器的高应力区，这些不连续区的几何形状一般较为复杂，很难用解析法进行精确求解。而由传统算术型过渡到有限元模型的方法，使设计更加简便，更加直观地表达了各应力区的受力状况，所以，计算这些区域通常需采用有限元法进行计算。

【关键词】有限元模型；筒体；封头；不连续区；应力分析

0 引言

在世界范围内，ANSYS已经成为化工设备行业乃至整个机械行业分析软件的主流。尤其是近十年来，ANSYS软件在化工设备行业发挥着巨大作用，成为该行业分析设计事实上的标准。ANSYS也为推动CAE分析设计在该领域的普及做出了卓有成效的工作，为提高我国化工设备设计，特别是压力容器的分析设计水平做出了巨大贡献。

1 问题描述

现已知压力容器设计压力p=16MPa（H），设计温度T=200℃，材料为16MnR。筒体内

径R1=770mm，壁厚t1=95mm；封头内径R2=780mm，厚度t2=50mm。筒体双边削薄长度

l=90mm。试对筒体与封头连接区进行应力分析。

2 有限元模型

由于主要是分析筒体与封头过渡区的应力分布，故可以忽略封头上的其他结构，如开孔接管，建立图1所示有限元分析力学模型，由于简体长度远大于边缘的衰减长度，故可取简体长度L=1000mm。

图1 有限元分析力学模型图

2.1 几何模型

根据压力容器的已知各基本尺寸，利用Arbitrary按照一定的先后顺序，生成点、线、

面，再由面建立生成的几何模型，如图2所示：