压力容器及管道有限元分析报告材料ANSYS,ABAQUS
ABAQUS实验报告
ABAQUS实验报告一、实验目的本次实验使用 ABAQUS 软件进行有限元分析，旨在研究具体研究对象在特定条件下的力学性能和行为，为实际工程应用提供理论依据和参考。
二、实验原理ABAQUS 是一款功能强大的有限元分析软件，它基于连续介质力学的基本原理，通过将复杂的结构体离散为有限个单元，并对每个单元进行力学分析，最终得到整个结构体的响应。
在本次实验中，我们采用了具体分析方法，如线性分析、非线性分析等，并结合相关材料模型，如弹性模型、塑性模型等来描述研究对象的材料特性。
三、实验模型1、几何模型通过建模软件或方法构建了研究对象的几何模型，其尺寸和形状为详细描述。
2、网格划分为了提高计算精度和效率，对几何模型进行了合理的网格划分。
采用了网格类型，如四面体网格、六面体网格等，网格尺寸为具体尺寸。
3、边界条件和加载方式根据实际情况，设定了边界条件，如固定约束、位移约束等，并以加载方式，如集中力、分布力等对模型进行加载。
四、实验材料1、材料属性研究对象所采用的材料为具体材料名称，其弹性模量为数值，泊松比为数值，屈服强度为数值等。
2、材料本构关系选用了合适的本构关系模型，如线弹性模型、弹塑性模型等来描述材料在受力过程中的应力应变关系。
五、实验步骤1、模型建立在 ABAQUS/CAE 中创建部件，绘制几何形状，定义材料属性，划分网格。
2、装配模型将各个部件按照实际装配关系进行组装。
3、定义分析步设置分析类型（静态分析、动态分析等）和分析步时间。
4、定义边界条件和载荷按照实验设计施加边界条件和载荷。
5、提交作业设置计算参数，提交分析作业进行求解。
6、结果后处理分析计算结果，提取所需的数据，如位移、应力、应变等，并进行可视化处理。
六、实验结果与分析1、位移结果得到了研究对象在加载作用下的位移分布云图。
从结果可以看出，最大位移出现在具体位置，位移值为具体数值。
通过分析位移结果，可以评估结构的变形情况和稳定性。
2、应力结果应力分布云图显示，最大应力集中在具体位置，应力值为具体数值。
压力容器ansys有限元分析设计实例
ANSYS应力分析报告Stress Analysis Report学生姓名学号任课教师导师目录一. 设计分析依据 (2)1.1 设计参数 (2)1.2 计算及评定条件 (2)二. 结构壁厚计算 (3)三. 结构有限元分析 (4)3.1 有限元模型 (5)3.2 单元选择 (5)3.3 边界条件 (6)四. 应力分析及评定 (7)4.1 应力分析 (7)4.2 应力强度校核 (8)4.3疲劳分析校核 (11)五. 分析结论 (11)附录1设计载荷作用下结构应力沿路径线性化结果(A) (12)附录2设计载荷作用下结构应力沿路径线性化结果(B) (13)附录3设计载荷作用下结构应力沿路径线性化结果(C) (14)附录4设计载荷作用下结构应力沿路径线性化结果(D) (16)附录5设计载荷作用下结构应力沿路径线性化结果(E) (17)附录6设计载荷作用下结构应力沿路径线性化结果(F) (19)附录7设计载荷作用下结构应力沿路径线性化结果(G) (20)附录8设计载荷作用下结构应力沿路径线性化结果(H) (21)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）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) 疲劳计算条件此设备接管a 、c 上存在弯矩，接管载荷数据如表4所示。
表4 接管载荷数据表二. 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。
实例分析—运用有限元分析软件ANSYS对轴对称压力容器
ANSYS Example: Axisymmetric Analysis of a Pressure VesselThe pressure vessel shown below is made of cast iron (E = 14.5 Msi, ν = 0.21) andcontains an internal pressure of p = 1700 psi. The cylindrical vessel has an inner diameter of 8 in with spherical end caps. The end caps have a wall thickness of 0.25 in, while the cylinder walls are 0.5 in thick. In addition, there are two small circumferential grooves of 1/8 in radius along the inner surface, and a 2 in wide by 0.25 in deep circumferential groove at the center of the cylinder along the outer surface.In this example, ANSYS will be used to analyze the stresses and deflections in the vessel walls due to the internal pressure. Since the vessel is axially symmetric about its central axis, an axisymmetric analysis will be performed using two-dimensional, 8-node quadrilateral elements (Plane 82) with the axisymmetric option activated. In addition, the vessel is symmetric about a plane through the center of the cylinder. Thus, only a quarter section of the vessel needs to be modeled.In ANSYS, an axisymmetric model must always be created such that the global Y-axis is the axis of symmetry, and the entire model should appear on the right side of the Y-axis (along the positive X-axis); i.e., no part of the model (elements, nodes, etc.) may be defined withnegative X coordinates. Once the axisymmetric option is invoked, ANSYS will automatically apply axisymmetric boundary conditions along the Y-axis.R = 1/16 inR = 1/8 inR = 1/4 in 0.5 in0.25 inR = 4 in2 in 2 in 15.5 inFor model validation purposes, the stresses in the vessel walls away from any notches can be estimated using the thin-walled pressure vessel equations. Although the model does notspecifically meet the criteria for the “thin-walled” assumption, these equations will still provide reasonably accurate values for model validation purposes. For a pressure vessel subjected to internal pressure only, the radial stress (σr ) should vary from –p (−1.7 ksi) on the inner surface to zero on the outer surface. The hoop and longitudinal stresses are calculated as (p = 1700 psi, r = 4 in, t = 0.5 or 0.25 in):section)(thick ksi 13.6or section)(thin ksi 27.2tpr h =≈σ section)(thick ksi 6.8or section)(thin ksi 6.31t2pr =≈σlANSYS Analysis:Start ANSYS Product Launcher, set the Working Directory to C:\temp, define Job Name as‘Pressure Vessel’, and click Run. Then define Title and Preferences.Utility MenuÆFileÆChange Jobname…Æ Enter ‘Pressure_Vessel’ Æ OKUtility MenuÆFileÆChange Title…Æ Enter ‘Stress Analysis of an Axisymmetric Pressure Vessel’ Æ OKANSYS Main MenuÆPreferencesÆ Preferences for GUI Filtering Æ Select ‘Structural’ and ‘h-method’ Æ OKEnter the Preprocessor to define the model geometry:Define Element Type (Axisymmetric Option) and Material Properties.ANSYS Main MenuÆPreprocessor ÆElement Type Æ Add/Edit/Delete Æ Add… ÆStructural Solid Quad 8 node 82 (PLANE82) (define ‘Element type reference number’ as 1) ÆOK Æ Click Options… Æ Select ‘Axisymmetric’ for K3 (Element behavior) Æ OK Æ Close ANSYS Main MenuÆPreprocessorÆMaterial PropsÆ Material Models Æ Double Click Structural Æ Linear Æ Elastic Æ Isotropic Æ Enter 14.5e6 for EX and 0.21 for PRXY Æ Click OK Æ Click Exit (under ‘Material’)Begin creating the geometry by defining two Circles for the spherical endcap, and Subtract Areas to create the vessel wall.ANSYS Main MenuÆPreprocessorÆModelingÆCreateÆAreasÆCircleÆ Solid Circle Æ Enter 0 for WP X, 0 for WP Y, and 4 for Radius Æ Apply Æ Enter 0 for WP X, 0 for WP Y, and 4.25 for Radius Æ OKANSYS Main MenuÆPreprocessorÆModelingÆOperateÆBooleansÆSubtractÆAreas Æ Select (with the mouse) Area 2 (bigger circle) Æ OK Æ Select Area 1 (smaller circle) Æ OKCreate Lines through the center of the Circles and Divide the Areas along these Lines.ANSYS Main MenuÆPreprocessorÆModelingÆCreateÆLinesÆLinesÆ Straight line Æ Click on the Keypoints on the outer circle which are on the X-axis to create a Line parallel to the X-axis (Circles are divided into four arcs by Ansys, with a Keypoint placed at the end of each arc). Similarly, click on the Keypoints on the outer circle which are on the Y-axis to create a Line parallel to the Y-axis Æ OKANSYS Main MenuÆPreprocessorÆModelingÆOperateÆBooleansÆDivideÆArea by Line Æ Select (with the mouse) the remaining Area (annulus)Æ OK Æ Select the two Lines that we have created Æ OKANSYS Main MenuÆPreprocessorÆModelingÆDeleteÆ Area and Below Æ Select the three Areas in the first, second, and third quadrants Æ OKDefine two Rectangles to create the walls of the cylindrical portion of the vessel (thick and thin sections). Define a Circle to create the circumferential groove on the inside of the vessel. ANSYS Main MenuÆPreprocessorÆModelingÆCreateÆAreasÆRectangleÆ By Dimensions Æ Enter 4 and 4.5 for X-coordinates and 0 and 7.75 for Y-coordinates Æ Click Apply Æ Enter 4.25 and 4.5 for X-coordinates and 6.75 and 7.75 for Y-coordinates Æ OK ANSYS Main MenuÆPreprocessorÆModeling ÆCreateÆAreasÆCircleÆ Solid Circle Æ Enter 4 for WP X, 2 for WP Y, and 1/8 for Radius Æ OKSubtract Areas to eliminate unused segments, and then Add all Areas to create a single Area for meshing.ANSYS Main MenuÆPreprocessorÆModelingÆOperateÆBooleansÆSubtractÆAreas Æ Select (with the mouse) the bigger rectangle Æ OK Æ Select the small rectangle and circle Æ OKANSYS Main MenuÆPreprocessorÆModelingÆOperateÆBooleansÆAddÆ Areas Æ Select ‘Pick All’ Æ OKCreate Line Fillets at the two transitions between the thick and thin sections.Utility Menu Æ Plot ÆLinesUtility Menu Æ Plot CtrlsÆNumbering…Æ Click ‘Line numbers’ On Æ OKANSYS Main MenuÆPreprocessorÆModelingÆCreateÆLinesÆ Line Fillet Æ Select (with the mouse) the two Lines near the lower Fillet Æ OK Æ Enter 1/16 for Fillet radius ÆApply Æ Select the two Lines near the upper Fillet Æ OK Æ Enter 1/4 for Fillet radius Æ OK Create Areas within the two Fillets and add these Areas to the main Area. First zoom in on the area of interest using the plot controls.ANSYS Main MenuÆPreprocessorÆModelingÆCreateÆAreasÆArbitraryÆ By Lines Æ Select (with the mouse) the Fillet and adjacent two Lines Æ OKRepeat for the other Fillet.ANSYS Main MenuÆPreprocessorÆModelingÆOperateÆBooleansÆAddÆ Areas Æ Select ‘Pick All’ Æ OKUtility Menu Æ Plot ÆLinesThe geometry should appear as shown below in the figure on the left.In this example, the irregular geometry will be Free Meshed with Quad Elements. Better control of Element sizing and distribution can be obtained with Mapped Meshing, but this would require that additional sub-Areas be defined within the main Area that have a regular (four-sided) geometry. Using Free Meshing, all Elements in the model will be approximately the same size. In the first run, we will choose a Global Size (approximate Element edge length) of 0.1 in. ANSYS Main MenuÆPreprocessorÆMeshingÆ MeshTool Æ Under ‘Size Controls: Global’ click Set Æ Enter 0.1 for ‘Element edge length’ ÆOK Æ Under ‘Mesh:’ select Areas, Quad and Free Æ Click Mesh Æ Select (with the mouse) the Area Æ OKEnter the Solution Menu to define boundary conditions and loads and run the analysis: ANSYS Main MenuÆSolutionÆAnalysis TypeÆ New Analysis Æ Select Static Æ OK The Boundary Conditions and Loads can now be applied. ANSYS will automatically apply the Axisymmetric Boundary Conditions along the Y-axis. However, we must apply the Symmetry Boundary Conditions along the upper edge of the model. Finally, the Pressure can be applied on all lines that make up the inner surface of the vessel. The magnitude should be input as the actual value – no reduction is needed to account for axisymmetry (ANSYS automatically makes the necessary adjustment of Loads in an Axisymmetric model).ANSYS Main MenuÆSolutionÆDefine LoadsÆApplyÆStructuralÆDisplacement ÆSymmetry B.C.Æ On Lines Æ Select the Line on top of the model (19) Æ OKANSYS Main MenuÆSolutionÆDefine LoadsÆApplyÆStructuralÆPressureÆ On Lines Æ Select (with the mouse) all the Lines on the inside of the vessel (20,12,16,17 and 2) ÆOK Æ Enter 1700 for ‘Load PRES value’ Æ OKThe pressure will be indicated by arrows, as shown above in the figure on the right.Save the Database and initiate the Solution using the current Load Step (LS).ANSYS Toolbar Æ SAVE_DBANSYS Main MenuÆSolutionÆSolveÆ Current LS Æ OK Æ Close the information window when solution is done Æ Close the /STATUS Command windowEnter the General Postprocessor to examine the results:First, plot the Deformed Shape.ANSYS Main MenuÆGeneral PostprocÆPlot ResultsÆ Deformed Shape Æ Select Def + undeformed Æ OKA Contour Plot of any stress component can be created. The radial, hoop (tangential), and longitudinal stresses should be checked to verify the model. Also, stress values at any particular node can be checked by using the “Query Results” command, selecting the desired component, and then picking the appropriate node. For this model, along the cylindrical portion of the vessel, x represents the radial direction, y represents the longitudinal direction, and z represents the hoop (tangential) direction. Powergraphics must be disabled to query results at nodes. ANSYS Toolbar Æ POWRGRPH Æ Select OFF Æ OKANSYS Main MenuÆGeneral PostprocÆPlot ResultsÆContour PlotÆ Nodal Solu ÆSelect ‘Stress’ and ‘X-Component of stress’ (or Y or Z) Æ OKANSYS Main MenuÆGeneral PostprocÆQuery ResultsÆ Nodal Solution Æ Select‘Stress’ and ‘X-direction SX’ (or SY or SZ) Æ OK Æ Select Nodes in the region of interest (may be helpful to zoom in on region)Compare the finite element stresses to the values calculated using the thin-wall equations. If the values are within reason (away from notches, etc.), proceed. For the purposes of failure analysis, we must select an appropriate failure theory. A plot of the von Mises stress is useful for identifying critical locations in the vessel. However, since the vessel is made of cast iron (brittle material), the “Maximum-Normal-Stress” failure criterion may be more appropriate (or Coulomb-Mohr or other similar failure theories). Create Contour Plots of the von Mises and 1st Principal stresses.ANSYS Main MenuÆGeneral PostprocÆPlot ResultsÆContour PlotÆ Nodal Solu ÆSelect ‘Stress’ and ‘von Mises stress’ Æ OKANSYS Main MenuÆGeneral PostprocÆPlot ResultsÆContour PlotÆ Nodal Solu ÆSelect ‘Stress’ and ‘1st Principal stress’ Æ OKThe plot of the model can be expanded around the axisymmetric axis to get a better view of the full model. For this plot, Powergraphics must be enabled.ANSYS Toolbar Æ POWRGRPH Æ Select ON Æ OKUtility Menu Æ PlotCtrlsÆStyleÆ Symmetry Expansion Æ 2-D Axi-Symmetric… Æ Select ‘Full expansion’ Æ OKNote the locations of the maximum stresses in the vessel. Are the critical locations where you would expect them to be? If not, why? Do you think the current model is accurate, or might there be some discretization error? Record the magnitudes and locations of the maximum stresses, and then refine the mesh and re-run the analysis to check for possible discretization error.。
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。
abaqus有限元分析报告
Abaqus有限元分析报告1. 简介在工程领域中，有限元分析是一种常见的数值计算方法，用于解决结构力学问题。
Abaqus是一种常用的有限元分析软件，它提供了强大的求解能力和丰富的后处理功能。
本文档将介绍一个基于Abaqus的有限元分析报告。
2. 模型建立在开始分析之前，我们首先需要建立一个合适的模型。
模型的建立通常包括几何建模、材料属性定义、边界条件设置等步骤。
在本次分析中，我们将以一个简单的弹性力学问题为例进行说明。
2.1 几何建模首先，我们需要根据实际情况绘制结构的几何形状。
Abaqus提供了丰富的建模工具，可以绘制复杂的几何形状。
在本次分析中，我们将使用一个简单的矩形构件作为示例。
*Geometry*Part, name=RectangularPart*Rectangle, name=RectangleProfile, x1=0, y1=0, x2=10, y2=5*End Part2.2 材料属性定义在有限元分析中，材料的力学性质对结果具有重要影响。
在Abaqus中，我们可以通过定义材料属性来描述材料的力学性质。
在本次分析中，我们假设材料为线性弹性材料。
*Material, name=ElasticMaterial*Elastic210000, 0.32.3 边界条件设置边界条件的设置是有限元分析中的关键步骤之一。
它描述了结构在哪些部位受到限制，哪些部位可以自由变形。
在本次分析中，我们将在矩形构件的两侧设置固定边界条件。
*BoundaryRectangleProfile.Left, 1, 1RectangleProfile.Right, 1, 13. 求解过程在完成模型建立后，我们可以开始进行有限元分析的求解过程。
Abaqus提供了多种求解器，可以选择适合问题的求解算法和计算资源。
3.1 求解器选择在Abaqus中，我们可以通过选择合适的求解器来进行求解。
常见的求解器包括静态求解器、动态求解器等。
压力容器管板的ANSYS有限元分析
用ANSYS软件进行压力容器管板的有限元分析序言压力容器管板是压力容器重要部件，根据管板结构的特点，它直接影响着管箱的承压能力。
它的变形情况及应力分析对整个箱管结构的应力分析起着决定性的作用。
然而J摺佣解析法对压力容器管板所受的应力和应变情况分析，解析误差太大。
采用ANSYS有限元分析软件建立压力容器管板的有限元模型，加载求解进行应力场分析对算出压力容器管板的最大应力泣变，利用ANSYS的有限元分析和计算机图形学功能显示三维应力等值面应移等值面，从而为压力容器管板机构的优化分析提供了充分的理论依据。
1基本分过程1.1创建有限元模型本文选用一种U型管式的压力容器来建模，管板材料选用20MuMo 锻件。
球形封头材料16MnR，材料的弹性模量E=20E+05MPa.泊松比为03，密度为7.8t/m3，设计压力P=31.4MPa，许用应力为196MPa。
在压力容器的应力的分析中，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面。
另外由于压力容器是轴对称结构，所以可选其一半结构来建模。
为了节省时间和存储空间，而又不影响分析结果，根据其结构，略去一些细节。
其中管孔对于管板强度的削弱，可以采用有效弹性模量E1和有效泊松比V1的概念将管板折算为同厚度的当量无孔圆平板，因此管板区域分为两大部分，1区按等效圆板来处理，而2区按实际悄况处理。
根据相关文献得到E1=054F,V1=0360综上所述，所得简化后有限元分析模型如图1所示:图1有限元分析模型1.2网格划分通常ANSYS的网格划分有两种方法，即自由划分和映射划分。
自由划分网格主要用于划分边界形状不规则的区域，分析稍度不够高，但要求划分的区域满足一定的拓补条件。
奕淞」分网格主要适合与敖钡臼形体，分析精度高。
鉴于压力容器管板的结构特点，本文同时采用了这两种方法。
在非边界区域采用醉编寸网格划分，在边界区域及梢度要求不是很高的区域采用自由网格划分。
abaqus有限元实验报告
abaqus有限元实验报告Abaqus有限元实验报告引言有限元分析是一种工程分析方法，它通过将复杂的结构分割成许多小的有限元素，利用数值方法来模拟结构的行为。
Abaqus是一款常用的有限元分析软件，广泛应用于工程领域。
本实验报告旨在通过使用Abaqus软件进行有限元实验，分析结构的力学性能，为工程设计提供参考。
实验目的本实验旨在通过Abaqus软件进行有限元分析，研究结构在不同载荷下的应力、应变和变形情况，探讨结构的强度和稳定性，为工程设计提供依据。
实验步骤1. 确定实验模型：选择适当的结构模型，包括几何形状、材料性质等。
2. 建立有限元模型：使用Abaqus软件建立结构的有限元模型，包括网格划分、边界条件等。
3. 施加载荷：根据实验要求，施加不同的载荷条件，如静载荷、动载荷等。
4. 进行分析：通过Abaqus软件进行有限元分析，得出结构在不同载荷下的应力、应变和变形情况。
5. 结果分析：对实验结果进行分析，评估结构的强度和稳定性。
实验结果通过Abaqus软件进行有限元分析，得出了结构在不同载荷下的应力、应变和变形情况。
实验结果表明，在静载荷作用下，结构的应力分布均匀，变形较小；在动载荷作用下，结构的应力分布不均匀，存在局部应力集中现象。
通过对实验结果的分析，可以评估结构的强度和稳定性，为工程设计提供依据。
结论本实验通过Abaqus软件进行了有限元分析，研究了结构在不同载荷下的应力、应变和变形情况。
实验结果表明，在不同载荷条件下，结构的力学性能存在差异，需要针对不同情况进行合理设计。
本实验为工程设计提供了参考依据，也为Abaqus软件在工程实践中的应用提供了实验数据。
总结通过本次有限元实验，我们深入了解了Abaqus软件在工程分析中的应用，研究了结构在不同载荷下的力学性能。
有限元分析是一种重要的工程分析方法，通过模拟结构的行为，为工程设计提供依据。
希望通过本实验报告的分享，能够对工程领域的同行们有所帮助。
基于ANSYS的压力容器有限元分析及优化设计
317压力容器是一种能够承受压力的密闭容器，广泛应用于煤化工生产领域。
煤化工生产作业环境苛刻，需要其外壳具备较高的强度，保护内部电子元器件不被损坏。
为验证压力容器的耐压性能，需根据其工作条件设计压力容器，将机器人安装在压力容器内部，对压力容器进行加压以模拟其高压工作环境，检测外壳的耐压性能是否符合要求。
本文基于国标 GB150-2011中关于压力容器的规定，完成压力容器的各项参数的计算取值。
利用 ANSYS 有限元仿真软件对其进行校核，对该压力容器工作状态下的应力及变形情况进行分析，判断其结构强度及 O 形圈的密封效果是否符合要求[1]。
1 压力容器参数化设计 对实际工况进行分析，根据要求完成压力容器的初步设计，结构如图 1 所示。
图1 压力容器三维模型该压力容器主要由两部分组成：压力舱和平盖，两个部件通过螺栓连接，平盖挤压压力舱端面上的 O 形圈完成密封。
由于采用水作为介质进行加压维持压力舱内压力处于预定值，压力容器需经常浸泡在水环境中，容易腐蚀生锈，会对密封结构造成破坏，且存在安全隐患，因此采用不锈钢完成该压力容器的设计和制造。
平盖所承受的应力较大，工作时容易产生较大变形导致 O 形圈密封失效，因此平盖需采用高强度不锈钢材料。
20Cr13是一种常用的高强度马氏体不锈钢材料，具有高抗蚀性、高强度、高韧性和较强抗氧化性，被广泛应用于制造各种承受高应力的零件。
基于20Cr13的优良性能，选用该材料用于平盖的设计和制造[2]。
与平盖相比较，压力舱承受应力相对较小，选用 304 不锈钢用于压力舱的设计和制造。
基于国标 GB150-2011 关于压力容器的规定，对压力容器各部分的参数进行计算如下：（1）壳体厚度计算： 圆筒厚度计算公式如下：[]c ii c P D −=φσδ2P（1）式中，σ为圆筒壳体计算厚度（mm）；p c 为计算压力（MPa）；D i 为圆筒内直径（mm），[σ]i 为壳体材料的许用应力（MPa），φ为焊接接头系数。
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压力容器及管道有限元分析（ANSYS，ABAQUS）
随着工业水平不断提高，各行业对创新的要求也不断提高，然而常规的设计手段已经严重制约了工程师的创新能力。
为了解决设计中的各种难题、满足工具师对力学工具的需求，特推出有限元分析服务。
使用软件：
Abaqus Ansys Hypermesh
具体算例：
一，异形换热器管板及水室强度分析（Abaqus）
通常冷凝器管板联接水侧和汽侧的壳体及换热管。
规则的管板可按ASME或GB150来设计，其计算方法比较复杂。
有限元模型如图1所示。
（为了看清内部结构，隐去了壳体）
大型冷凝汽由于要保留单侧工作的能力，在水室中有一块分隔板将水室分成两半，这样，原来具有的轴对称性条件不存在了，计算需用有限元方法。
管板上支有几千根换热管，这些换热管对管板有加强作用，同时由于大量的开孔也破坏了管板的刚性，管板材料按ASME VIII-2处理。
管板两侧承受两种压力载荷；由于换热管与汽侧壳体材料及温度的差异，换热管上要加上热位移差。
如细仔点还要考虑管子由于内外压引起的泊松效应载荷。
管板/盖板/螺栓采用体单元C3D8/C3D6，管子用梁单元B32，壳体用S4R，每根管
二，接管开口强度分析
经常碰到容器上开口过大的问题，也常碰到奇形怪状的开口，或者其它一些附着物联接到容器上。
这类问题主要是建模的复杂。
图2，接管1
三，异形的换热器壳体内压或外压分析
通常换热器的壳子是很规则的，无论是管侧还是壳侧，都具有良好的轴对称性，即所谓的回转壳体。
回转壳体受压问题，可以用板壳理论来解，一般是有解的，这个解也正是ASMEVIII或GB150、 GB151这类规范的设计计算基础。
当壳体的轴对称性受到严重的破坏时，严格意义上来讲，原来的解是不适用了。
这时可采用数值方法来计算。
四，方形排汽管道（容器）的强度/刚性设计
方形容的设计不及关心其强度，有时也要考虑其刚性，如图4所示，图4为一段排汽管道，上面还带有两组波纹管。
在工作过程，整过管道受内压或者外压，壳体会变形，有时会出现强度可以接受，但变形太大，太难看的情况，即刚度不太好。
如图4所示，最大变形有22mm，此时强度依然可以接受。
图4右为方形的集液箱，上端接汽轮机，正前面接大排汽管道，下面是四根高脚（四根角钢）。
除了承受外压，集液箱还要承受来自于大管道的推力。
由于高脚的刚性不太好，所以要管道力太大时会影响到上端的汽轮机口。
计算过程中必须考虑这种作用在汽轮机上的力不影响汽机的安全运行。
图5为热井也是一种大型真空容器（冷凝器的一部分）。
五，排汽管道柔性设计
如图6所示，为从汽轮机到空冷器的一段排汽管道，一个进汽口三个出汽口；主管径2800mm，长度60多米，高约22米；进汽段为方口。
对于圆管这类问题多用CASEAR来处理，但方形管无法处理。
鉴于这管系不太复杂，采
六,O型密封分析
O型密封常用于换热器，转轴等机械上。
密封是通过橡胶环受压后与周边钢体产生接触压力来实现密封的。
问题中的O形环要实现两个方向上的同时密封。
必须计算出两个方向的等压压缩比。
而不能简单按单向来考虑。
橡胶是高弹性的，采用高弹性单元。
其余部分用刚性单元。
设置柔性与刚体的接触。
七，热应力分析
在能源化工行业，热应力普遍存在。
例如，固定管板换热器，由于管与壳间的热位移不同而产生的热应力；又如下有些较厚容器由于内外壁温差较大而产生热应力；还有，如下图所示夹套容器，当夹套用来加热或者冷却时，内外温差引起的热应力。
诸如此类问量，均可以用数值方法求解。
八，模态分析
在设备、管线的设计及实际运行过程中，常会遇到动力学的问题。
如塔器设计时，须考虑到地震方面的问题。
规范中的地震分析多采用谱理论，结构简单的设备，自振模态易解得，设计也就不难了。
复杂结构可以用有限元法解得自振频率，然后做谱分析。
又如，一些设备和管系由于工作环境复杂，经常振动超标，此时也可以用数值方法求出其固有频率，并想方设法改变其值，从而减小振动。
图11动画反应的是一供油设备，其顶部的前几阶模态，分析是为了提前顶部振动的频率，回避电机频率，从而降振。
图12是与泵连接的水管，也是极易振动的。
计算其固有频率，是希望通过加设支吊、弹簧架等来降低其振动。
总之模态分析是模态动力学的基础，应重点掌握。
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