基于有限元分析的安全壳贯穿件的封头应力计算
封头计算方法范文
封头计算方法范文封头是一种常见的管道连接部件，用于连接不同直径或不同规格的管道，实现管道的连接和转向。
封头的形状和尺寸根据具体的应用需求而定，在工业领域有广泛的应用。
封头计算是确定封头尺寸和厚度的过程，它涉及到材料力学性能分析和工程力学的运用。
下面将详细介绍封头计算的方法。
首先，确定封头的形状和类型。
封头的形状有很多种，例如平板封头、凸面封头、球冠封头、扁平封头等。
不同形状的封头对应不同的应力分布，因此需要根据具体的工程要求来选择适合的封头形状。
其次，根据工程要求和使用条件确定封头的材料。
封头常用的材料有碳钢、不锈钢、铝合金等。
不同的材料具有不同的物理力学性能，因此需要选择合适的材料来满足工程要求。
然后，进行封头受力分析。
封头在使用过程中会受到内压、外压和温度等多种力的作用。
通过受力分析，可以确定封头的最大应力和应变，从而确定封头的厚度。
接下来，计算封头的最大应力和应变。
根据封头的几何形状和受力情况，可以通过工程力学的方法计算出封头的应力和应变分布。
在计算过程中需要考虑材料的弹性模量、泊松比等参数。
最后，根据应力和应变的计算结果，确定封头的厚度。
封头的厚度需要满足强度和刚度的要求，通过对应力和应变的分析，可以确定封头的最小厚度。
除了以上的基本计算方法，实际的封头计算还需要考虑一些特殊因素，如焊缝强度的计算、腐蚀和磨损的影响等。
在进行封头计算时，需要综合考虑这些因素，确保封头的安全可靠性。
总结起来，封头计算是一项复杂的工程计算工作，它需要综合运用材料力学和工程力学的知识，结合具体的工程要求和使用条件进行分析和计算。
只有通过科学合理的计算方法，才能确保封头的设计和使用符合工程要求，并且具有良好的安全性和可靠性。
固体发动机壳体弹塑性问题的实验应力计算方法
固体发动机壳体弹塑性问题的实验应力计算方法固体发动机壳体是航天器的重要组成部分，其强度和稳定性对于保证航天器的安全运行起着重要的作用。
在设计和制造固体发动机壳体时，需要进行弹塑性问题的实验应力计算，以评估其性能并进行必要的优化。
本文将介绍固体发动机壳体弹塑性问题的实验应力计算方法。
首先，固体发动机壳体的应力计算可以使用有限元方法进行。
有限元方法是一种数值计算方法，通过将实际结构划分为有限个小单元，然后利用数学模型和边界条件，求解每个小单元的应力和位移，从而获得整体结构的应力分布情况。
在固体发动机壳体的应力计算中，可以将壳体划分为多个小单元，然后采用有限元分析软件进行计算。
其次，固体发动机壳体弹塑性问题的实验应力计算需要考虑材料的本构关系。
壳体材料通常是金属材料，其弹塑性行为可以用各向同性的线性弹性模型和von Mises屈服准则进行描述。
根据von Mises屈服准则，壳体的屈服判据可以表达为：f = √[(σ1-σ2)^2 + (σ2-σ3)^2 + (σ3-σ1)^2 + 3τij^2] - σy <= 0其中，f为屈服准则；σ1、σ2、σ3为壳体各个主应力；τij为壳体剪应力；σy为屈服强度。
在实验应力计算中，可以通过施加不同的载荷和边界条件，来模拟固体发动机壳体在实际工作状态下的应力分布情况。
例如，可以施加压力载荷，模拟燃烧室内高压气体对壳体的冲击力；还可以施加温度变化载荷，模拟发动机在工作过程中的温度变化对壳体的影响。
通过实验应力计算，可以获得固体发动机壳体在不同工作条件下的应力分布情况，进而评估其性能是否满足要求。
最后，固体发动机壳体弹塑性问题的实验应力计算还需要考虑材料的变形特性。
在实验应力计算中，需要将壳体的应力与变形进行耦合。
可以通过引入壳体的几何非线性效应和材料的本构非线性效应，来模拟壳体在工作过程中的变形特性。
例如，可以考虑壳体的大变形，以及材料的塑性变形。
通过实验应力计算，可以获得固体发动机壳体在不同工作条件下的应变分布情况，进而评估其变形程度是否满足要求。
课程设计--高压容器筒体与封头连接处应力分析
高压容器筒体与封头连接处应力分析1、问题描述某高压容器设计压力为P=16MPa，筒体内径为R=900mm，筒体壁厚为T1=100mm，封头壁厚为T2=48 mm，筒体削边长度L=95 mm，试对该高压容器筒体与封头连接区进行应力分析，并进行优化。
2、分析问题由于主要讨论封头与筒体过渡区的应力状态，故忽略封头上其他结构，建立如下模型，其中筒体长度远大于边缘应力衰减长度，此处取用体长度为Lc=1200 mm。
有限元采用PLANE82单元，并设定轴对称选项。
通体下端各节点约束轴向位移，球壳对称面上各节点约束水平位移，内部施加均匀压力面载荷。
3、分析过程1、环境设置（1）以交互模式进入ANSYS,在总路径下建立子路径，工作文件名取为wb（2）设置标题：执行Utility Menu>Change Title命令，弹出Change Title 命令，输入wb ，单击OK按钮，关闭对话框。
（3）初始化设计变量：执行Utility Menu>Paramerters>Scalar Paramerters命令，弹出Scalar Paramerters对话框，输入数据。
2、定义单元材料（1）定义单元类型：执行Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete命令，弹出Element Type对话框，单击Add按钮，弹出Library of Element Types 对话框。
（2）单击OK，退回至Element Type对话框。
（3）设置对称轴选项：在Element Type对话框中，单击Option按钮，设置PLANE82 element type options 选项，在Element behavior K3 下拉框中选择Axisymmetric，单击OK。
（4）定义材料属性：执行Main Menu>Preprocessor>Material Props> Material Model命令，弹出如下对话框：（5）单击Isotropic项，弹出如下对话框：3、创建模型（1）生成球壳部分子午面：执行Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Circle>PartialAnnulus命令，弹出如下对话框（左），生成图形（右）：（2）生成筒体子午面：执行Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Rectangle >By 2 Corners命令。
基于三维有限元法的层合圆柱壳应力分析
3 层 3 × 16 节 点相对 自由 度壳元 与 32 节点 相对 自由度 三层 壳元
3 layers of 3 × 16 nodes relative-freedom shell elements and 32 nodes and 3 layers relative-freedom shell element
上述483个节点自由度可分为两组为独立的自由度只有3234b经整理后2a2b163个位移协调条件可表示为矩阵形式j1引入48个拉格朗日乘子48个约束条件加入到单元势能泛函中去由最小势能原理可得到j11j12是一个176阶的线性代数方程组从中消去拉格朗j12813因此在计算图32节点相对自由度三层壳32节点的相对自由度分别为第一层壳元的节点位移差与中面平均位移第二层壳元与第三层壳元的中面平均位移14单元刚度阵改为10式所示的折算刚度阵点力矩阵改为11式的折算节点力其中1是加在第一三层中面的载荷即节点力可加在第131621242932节点上
上式 中 n 为层 号 , 其余 y i , zi , vi , wi 的 表达 式与 上式类似。 可以看出 : ( x i+ 4 , y i + 4 , zi + 4 ) 是原三维等参 实 体元 的中 面节点 坐 标 ; ( ui+ 4 , v i+ 4 , wi+ 4 ) 是 中面 节 点位 移 ; 而 ( x i , y i , zi ) 是原来节 点对于 中面节点 的距 离 ( 矢量 ) ; ( ui , vi , wi ) 是该两点的相对位移。 ( 2) 第Ⅰ层的下面节 点与第Ⅱ层的上 面节点满 足位移连续条件
( u 1 , u 2 , … , u 1 6 , u 21 , … , u 2 4 , u 37 , … ,
基于有限元ANSYS的压力容器应力分析报告
压力容器分析报告目录1 设计分析依据 01.1 设计参数 01.2 计算及评定条件 (1)1.3 材料性能参数 (1)2 结构有限元分析 (2)2.1 理论基础 (2)2.2 有限元模型 (3)2.3 划分网格 (4)2.4 边界条件 (4)3 应力分析及评定 (4)3.1 应力分析 (4)3.2 应力强度校核 (5)4 分析结论 (7)4.1 上封头接头外侧 (8)4.2 上封头接头内侧 (11)4.3 上封头壁厚 (14)4.4 筒体上 (17)4.5 筒体左 (20)4.6 下封头接着外侧 (24)4.7 下封头壁厚 (27)1 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1.1 设计参数表1 设备基本设计参数正常设计压力 MPa7.2最高工作压力 MPa 6.3设计温度℃0~55工作温度℃5~55压缩空气 46#汽轮机工作介质油焊接系数φ 1.0腐蚀裕度 mm 2.0容积㎡ 4.0容积类别第二类筒体29.36计算厚度 mm封头29.031.2 计算及评定条件（1）静强度计算条件表2 设备载荷参数设计载荷工况工作载荷工况设计压力 7.2MPa工作压力 6.3MPa设计温度 55℃工作温度 5~55℃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计算，故采用设计载荷进行强度分析结果是偏安全的。
1.3 材料性能参数材料性能参数见表3，其中弹性模型取自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、表6-4、表6-6确定。
表3 材料性能参数性能温度55℃设计应力强材料名称厚度弹性模型泊松比度1.92×钢管20≤10mm150 MPaμ=0.3103MPa1.92×μ=0.3锻钢Q345≤100mm185 MPa103MPa1.92×钢板16MnR26~36188 MPaμ=0.3103MPa1.92×μ=0.3锻钢16Mn≤300mm168 MPa103MPa2 结构有限元分析2.1 理论基础传统的压力容器标准与规范，一般属于“常规设计”，以弹性失效准则为理论基础，由材料力学方法或经验得到较为简单的适合于工程应用的计算公式，求出容器在载荷作用下的最大主应力，将其限制在许用值以内，即可确认容器的壁厚。
有限元分析中的应力
你真的了解有限元分析中的“应力”吗Feaforall虽然在有限元分析中我们常常会用到软件后处理程序得出的应力值（stress），但其实应力有很多值得我们研究的地方。
如果我们把作用于物体的力产生的各处应力汇总起来，那么应力也就像流体分析CFD中的速度或者压力一样形成应力场“流过”物体，我们抓取感兴趣的地方来进行强度的评估。
然而，由于应力状态变化复杂，并不好在3D单元中进行可视化，所以我们更需要根据软件已有的功能来探究应力的意义。
1. 几乎所有的有限元分析结果中，默认的应力结果是冯米斯应力（Von Mises），冯米斯应力是一个标量结果，并没有力的方向性指示。
学过材料力学的应该知道还有一种应力是主应力（principle stress），主应力是矢量，某些情况下也是非常有用的，那么他们之间有什么区别？2.物理内部的受力在不同部位都不一样，我们怎样尽可能多的去研究内部力场的不同特性并且通过软件可视化出来呢？下面我们将探究上面的两个问题。
什么是应力？首先我们先说说什么是应力。
众所周知，应力（stress）是单位面积上作用的力（forces）。
我们并不好感知或者测量应力，但力（force）是实实在在的，我们可以很好的感知和测量。
物质总是由原子构成的，从原子的维度看，原子之间相吸或者相斥。
物体在没有受力的状态下，原子处于自然状态，所有的力互相平衡，如果物体受到外部力的作用，原子就会偏离平衡位置去寻找新的平衡位置来平衡外部力。
如下图所示，相同长度L上分别有两排5对的原子和两排6对的原子，如果假设原子之间的吸引力相同，那么单位长度上6对原子的应力要比5对的大，扩展到宏观的3D情形同样适用。
力和应力单元微积分学科的发展可以使我们通过数学运用无限（无限大或者无限小）的原理来处理很多实际问题，宏观物体的受力是微观单元的叠加。
在材料力学中，我们把一个无限小的立方体（cube）单元来描述某一点的受力情况。
为什么无限小呢？因为由于无限小，小到物体内部力是均匀的，没有应力变化，只有一种应力状态。
基于ANSYS Workbench 的不同形式压力容器封头的应力分析
河南科技 Henan Science and Technology
工业技术
基于 ANSYS Workbench 的不同形式 压力容器封头的应力分析
邵海磊 郭海伟
（郑州四维新材料技术研究院有限公司，河南 郑州 450000）
摘 要：本文运用 ANSYS Workbench 有限元分析软件对储氢罐压力容器在单位压力（1MPa）下的应力状态进
由图 5 可以看出，径向应力在筒身部分几乎保持不 变，封头部分出现应力集中现象。随着椭圆半轴的增加， 封头呈球形时，筒体部分的径向应力保持不变，椭圆封头 上接近筒身的连接点处的径向应力逐渐减小，并且在封 头为球形时，封头与筒身的径向应力相等。随着椭圆半 轴的长度大于筒身半径，封头部分的径向应力又开始逐 渐变大。
由图 6 可以看出，内壁上切向应力的分布呈“W”形， 切向应力在筒身部分基本保持不变，在与封头的接触处 逐渐减小，过了连接点后快速增加，然后急剧下降，再趋 于稳定，在连接点处存在应力集中现象。随着椭圆半轴 的增大，应力集中现象逐渐减小，在身与封头上的切向应 力分布也越均匀。
Abstract: This paperused ANSYS Workbench finite element analysis software to analyze the stress state of hydrogen storage tank pressure vessel under unit pressure (1MPa), and obtainedthe stress distribution on the inner wall of the cylinder and the head under elliptical head and spherical head. At the same time, the radial, tangential and circumfer⁃ ential stresses of the elliptical head pressure vessels with different half-axis lengths were calculated, and compared with the stress distribution of the spherical head, the form of the head with good stress distribution was obtained. Keywords: pressure vessel；dish head；stress analysis；ANSYS Workbench
基于有限元的T形焊接接头应力计算公式探讨
中原 工学 院学 报
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ０Ｆ Ｚ ０ＮＧＹＵＡＮ Ｈ ＵＮＩ ＶＥＲＳ ＴＹ Ｉ ０Ｆ ＴＥＣＨＮ０Ｌ０ＧＹ
Ｖｏ ． １ ＮＯ １ １２ ．
Ｆｅ ｂ．， ２Ｏ１ ０
文 章 编 号 ：６ １ ６ ０ （ ０ ０ ０ — ０ ２ —０ １７— ９６２１）１ ０１ ４
定 ．然 而 ， 由于焊缝本 身形 状不 规则 ， 存在 严 重 的应 且 力集 中， 其是角 焊 缝 ， 力 分 布 非 常 不均 匀 ， 尤 应 导致 焊 缝 连接计算 非常 复杂 ， 它往往 是结 构 的薄弱环 节 ， 为 成
图 １ Ｔ 型 焊 接 接 头 焊 缝 尺 寸
导致 支架结 构破坏 的重要 因素ｎ ．本文对 Ｔ形接 头焊 ］ 缝应力计 算公 式 的计算 原 理 进 行 了分 析 ， 借 助 有 限 并
・
２ ２・
中 原 工学 院学 报
２１ 年 第 ２ ００ １卷
设计 原则 ， 即焊缝 的应 力 等 于母 材 的 应力 ， 是 ， 但 焊缝
本 文 定 义 在 竖 板 上 不 受 焊 缝 影 响 处 的 应 力 或 最
上各 处 的应 力大小 是 不 同 的 ， 于是 就 规定 以焊 缝 的有 效厚 度上 的平均应 力作 为焊缝 应力 ． 对于拉 伸和 面 内受 力 ， 献 Ｅ ３ ［ ］给 出 的焊 缝 文 ３ 、４
基 于 有 限元 的 Ｔ 形 焊 接 接 头应 力计 算 公 式 探 讨
王 学明 ， 醒培 梁
（ 南工 业大 学 土 木 建 筑 学院 ， 州 ４ ０ ５ ） 河 郑 ５ ０ ２
摘
要 ： 分 析 了 Ｔ 形 贴 角 焊 缝 接 头 应 力 公 式 的 计算 原 理 ， 和 其 他 相 关 文 献 的焊 缝 应 力 计 算 公 式 进 行 了对 比．采 用 有 并
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基于有限元分析的安全壳贯穿件的封头应力计算
发表时间：2018-09-10T11:19:47.627Z 来源：《基层建设》2018年第20期作者：林升镇杨浩丁涛
[导读] 摘要：在安全壳C类试验过程中，需要对安全壳换气通风系统的4个贯穿件的蝶阀进行密封性能试验。
海盐秦核新能设备检修有限公司浙江嘉兴 314300
摘要：在安全壳C类试验过程中，需要对安全壳换气通风系统的4个贯穿件的蝶阀进行密封性能试验。
在打压试验的过程中需要使用封头作为专用打压工具对这4个贯穿件进行密封性能试验。
该封头用于密封贯穿件的一侧，从封头处充气，并用相关仪器进行检测蝶阀的泄漏量。
根据一个已有的设计方案的封头，对其进行应力计算分析，并进行优化。
关键词：封头有限元分析安全壳贯穿件
1.引言
随着计算机技术和计算机方法的发展，有限元法在工程设计和科研领域得到了越来越广泛的重视和应用，已经成为解决复杂工程分析计算问题的有效途径，从汽车到航天飞机几乎所有的设计制造都已离不开有限元分析计算，其在机械制造、材料加工、航空航天、汽车、土木建筑、电子电器、国防军工、创博、铁道、石化、能源和科学研究等各个领域的广泛使用已使设计水平发生了质的飞越。
2.封头计算的流程
由于现场环境复杂，并且从核岛内搬运封头需要依赖人力操作。
因此封头重量的减少显得更加重要。
封头依据实际工况条件使用有限元方法计算封头的应力，在满足材料屈服应力情况下，尽量优化封头的模型。
依据实际的受力过程，将封头分成两部分进行计算（如图1）。
壳体壁厚的计算通过有限元分析模拟壳体的应力应变得到相应的结果，封头法兰也是单独通过有限元的计算来解算其应力应变。
图1
3.封头的基本模型
本文的封头是根据一个已有的封头尺寸。
通过计算封头在密封情况下，螺栓应该施加的螺栓力矩。
本次试验的封头是一个椭圆封头，封头的工况是密封0.5MPa的大气压，主要材料为不锈钢。
在满足密封的情况下，使封头的应力同时满足要求。
图2 椭圆封头
封头的密封使用橡胶进行密封，螺栓的预紧力需要大于或者等于空气压力的轴向力和密封压力之和。
图3 封头的安装 4.橡胶密封
6.封头受力的计算
封头轴向受到三个力，螺栓的轴向力、压缩空气压力的轴向力和密封垫片的反力，由力的方向可知，螺栓的轴向力等于压力的轴向力与垫片的反力之和。
图6 封头的受力分析
其中压缩空气给球形封头的压力的轴向力的公式为：由前文的橡胶密封条件公式，可以计算出总的密封压力，密封垫片的总密封力公式为：由于现场的密封条件有时未能够按照标准达到密封，所以封头法兰出现泄漏的情况下需加大螺栓的力矩，所以在计算封头应力时按照橡胶垫片的最高压缩率40%计算。
在此条件下，通过前文的螺栓的轴向力和力矩的关系式计算所得的螺栓应施加力矩为405N.m，螺栓的轴向力为27431N。
7.封头有限元分析
有限元网格划分是将整体结构离散化，是数值分析的前提。
在分析三维实际问题时需采用三维有限单元，三维问题的基本单元是最简单那结构的4-节点四面体单元，建立的方程组数量最少，能收敛于精确应力数值，减少计算时间，本文选用的是4-节点四面体单元。
本文的
网格模型图的节点数为19800个、单元数为70102个。
图7 网格划分
7.1壳体部分的应力情况
依据前文的受力条件设置夹具和载荷。
根据模拟分析的结果，最大的应力分布在壳体顶部区域。
这块应力极为集中，与薄膜理论计算所得的最大应力一致，。
受到压缩空气压力，顶部向上凸起，壳体边缘处向内收缩，向内收缩处变形也承受比较大的应力。
图8 受压工况应力图
受压工况应力图
通过计算不同的壳体厚度（如表1），需要综合考虑应力的安全系数以及受外力变形情况。
表1 不同壳体厚度下的壳体最大应力
7.2封头法兰的应力、变形情况
从应力分布中可以得知，最大应力分布于法兰上部密封凸台的边缘处。
由于在螺栓的轴向力作用下，法兰边缘处会受到向下变形，密封凸台作为一个杠杆的作用。
因此下部受到了压应力，上部受到了拉应力。
图9 封头法兰受力应力图
通过有限元分析，通过分析不同法兰厚度情况下的最大应力及变形量，从中选择最适合的厚度。
表2 不同法兰厚度下法兰的最大应力及变形量
8.总结
本文结合了有限元，对封头在一定工况下，封头的应力分布进行了探究。
对于非标封头的应用，提供了一定的借鉴意义。
通过探究封头密封的条件，来计算实际工况下的螺栓应采用的扭矩，对实际工作过程有一定的借鉴意义。
参考文献：
[1]倪平.弹性密封闸阀橡胶密封条件分析[J].阀门.2007（02）
[2]周坤、刘美红.法兰螺栓连接中螺栓预紧力的计算和控制方法分析[J].新技术新工艺.2010（08）。