基于有限元分析的压力容器应力分布研究
基于JB4732标准的压力容器应力分析
压力容器的静力学分析与模态分析压力容器的制造和使用都有严格规范标准，本文借助ANSYS软件对某型压力容器结构进行静力学分析与模态分析，结合压力容器分析设计标准JB4732-1995，对压力容器的应力结构进行评定，从而对压力容器结构进行强度校核。
本文所研究分析的压力容器结构如下所示，压力容器顶部开孔为非对称开孔，侧边开孔为对称开孔。
压力容器筒体外径为1218mm，总高度为4058mm，顶部接管内径为212mm，侧边接管内径为468mm，筒体壁厚为28mm。
压力容器的工作压力为3.2MPa，容器内工作温度为-25℃-55℃，整体结构材料为14Cr1Mo。
图1 压力容器结构三维模型（右图为剖视）表3.1 压力容器结构应力分析的材料参数材料弹性模量（Gpa）泊松比许用应力(MPa)14Cr1Mo 183 0.3 1403.1 有限元模型建立采用ANSYS Workbench进行静力学分析，需要先对压力容器结构进行网格划分，为提高计算精度，保证线性化应力后处理的准确性，对压力容器结构采用全六面体的网格划分，且在厚度方向上划分至少3层的网格。
网格单元类型采用高阶单元类型，在ANSYS 中的单元类型号为Solid186，Solid186单元结构如下图所示，该单元共有20个节点，单元形状为六面体，在六面体的顶点处共有8个节点，在六面体边的中点位置处共有12个节点，合计20个节点。
Solid186可以很好的适用于线性或非线性的有限元仿真分析，同时还支持塑性本构、蠕变本构等一些特殊的非线性材料。
Solid186属于实体单元，实体单元每个节点具有三个平动自由度，分别为UX，UY和UZ。
结构厚度方向上布置多层网格单元，可以很好的分析出结构在厚度方向上的应力变化梯度，提高计算精度[13]。
图2 Solid186单元类型结构图采用workbench自带的Mesh功能对压力容器结构进行网格划分，整体的网格尺寸设置为15mm，厚度方向划分三层网格。
压力容器应力分析报告
压力容器应力分析报告1. 引言压力容器是工业中常见的设备，用于存储和传输压力较高的气体或液体。
在设计和使用压力容器时，应力分析是至关重要的环节，它可以帮助工程师评估容器的结构强度和可靠性。
本报告将介绍如何进行压力容器的应力分析，并给出实例以帮助读者更好地理解。
2. 压力容器的基本原理压力容器是由材料制成的结构，能够承受内部压力的作用。
其设计目标是保证容器在各种工作条件下都能安全运行，并且在设计寿命内不发生破裂或变形。
压力容器主要受到内部压力和外部载荷的影响，因此需要进行应力分析来确定内部应力和变形。
3. 压力容器的材料压力容器的材料选择是应力分析的重要一环。
常见的材料包括钢、铝合金等。
选择合适的材料要考虑容器的工作温度、压力和介质等因素。
不同材料的物理和力学性质会对应力分析产生不同的影响，因此需要通过材料测试和模拟来获取材料参数。
4. 压力容器的边界条件在进行应力分析时，需要确定压力容器的边界条件。
这包括容器的几何形状、支撑方式、固定约束等。
边界条件的选择会直接影响应力分布和变形情况。
通过准确描述边界条件，可以更精确地进行应力分析。
5. 压力容器的应力分析方法压力容器的应力分析可以使用有限元分析方法。
有限元分析是一种数值计算方法，将结构离散成有限数量的小单元，通过求解单元之间的力学关系，得到整个结构的应力和变形情况。
有限元分析可以模拟复杂的几何形状和载荷条件，因此在应力分析中得到了广泛应用。
6. 压力容器的应力分析实例为了更好地理解压力容器的应力分析，我们以一个简单的圆筒形压力容器为例进行分析。
假设容器直径为D，高度为H，材料为钢，内部压力为P。
通过有限元分析软件，可以得到容器内部壁的应力分布情况。
根据分析结果，我们可以评估容器的结构强度，以及在不同工作条件下的变形情况。
7. 结论通过应力分析，我们可以评估压力容器的结构强度和可靠性。
合理选择材料、确定边界条件，并使用适当的分析方法，可以有效地进行应力分析。
压力容器应力分析报告
压力容器应力分析报告引言压力容器是一种用于储存或者输送气体、液体等介质的设备。
由于容器内的介质压力较高，容器本身需要能够承受这种压力而不发生破裂。
因此，对压力容器进行应力分析是非常重要的，它可以帮助我们判断容器的安全性并提供设计和改进的依据。
本报告旨在对压力容器进行应力分析，以评估其在工作条件下的应力分布情况，并根据分析结果提出相应的建议和改进措施。
1. 压力容器的工作原理和结构在进行应力分析之前，我们首先需要了解压力容器的工作原理和结构。
1.1 工作原理压力容器通过在容器内部创建高压环境来储存或者输送介质。
这种高压状态可以通过液体或气体的压力产生，也可以通过外部作用力施加于容器上。
容器的结构需要能够承受内部或外部压力的作用而不发生破裂。
1.2 结构压力容器通常由壳体、端盖、法兰、密封件等部分组成。
壳体是容器的主要结构部分，可以是圆柱形、球形或者其他形状。
端盖用于封闭壳体的两个端口，而法兰则用于连接不同部分的容器或其他设备。
密封件的选择和设计对于保证容器的密封性和安全性至关重要。
2. 压力容器应力分析方法在进行压力容器应力分析时，我们可以采用不同的方法和工具。
下面将介绍两种常用的应力分析方法。
2.1 解析方法解析方法是一种基于数学模型和理论计算的应力分析方法。
通过建立压力容器的几何模型和材料性质等参数，可以使用解析方程和公式计算容器内部和外部的应力分布情况。
这种方法适用于简单结构和边界条件的容器，具有计算简单、速度快的优点。
2.2 有限元方法有限元方法是一种基于数值计算的应力分析方法。
它将复杂的压力容器分割成有限个小单元，通过求解每个小单元的应力状态，再将它们组合起来得到整个容器的应力分布。
有限元方法可以考虑更多的几何和材料非线性，适用于复杂结构和边界条件的容器，具有更高的精度和可靠性。
3. 压力容器应力分析结果和讨论在进行压力容器应力分析后，我们得到了容器内部和外部的应力分布情况。
根据具体的分析方法和参数，以下是一些可能的结果和讨论。
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。
基于有限元分析的金属压力容器设计优化研究
管理及其他M anagement and other 基于有限元分析的金属压力容器设计优化研究黄赞平，江运豹摘要：随着现代工业的发展，金属压力容器作为一种重要的储能设备，得到了广泛的应用。
然而，在实际生产中，由于各种因素的影响，如材料性能、制造工艺等因素，导致了金属压力容器的设计和制造存在一定的问题。
因此，如何对金属压力容器进行有效的设计优化成为了当前亟待解决的问题之一。
本文旨在通过有限元分析方法来探究金属压力容器设计的优化方案，为其在实际应用中的可靠性和安全性作出贡献。
关键词：有限元；金属压力；容器设计；优化在当前的研究中，金属压力容器作为一种重要的储能设备，得到了广泛的应用。
在国内外，许多学者和企业都对该领域的发展进行了深入的研究和探索。
目前，国内对于金属压力容器的设计和制造已经取得了一定的进展，但是仍然存在一些问题需要进一步解决。
1 基于有限元分析的金属压力容器设计优化分析1.1 金属压力容器的设计原则金属压力容器是一种重要的储能设备，其在能源储存和输送领域具有广泛的应用。
为了保证金属压力容器的质量和性能，需要遵循一定的设计原则。
首先，金属压力容器的设计应符合安全标准的要求。
金属压力容器是高压气体或液体存储器，因此，要确保其安全性能可靠。
为此，设计师应该严格遵守相关国家地区颁布的标准和规范，并进行充分的风险评估和控制措施。
其次，金属压力容器的设计应考虑经济性。
由于金属压力容器通常用于大型工程项目中，其造价往往较高。
设计师应当尽可能降低成本，提高效率，以达到最佳的经济效益。
金属压力容器的设计还应注意环保性和可持续发展。
现代社会越来越重视环境保护问题，金属压力容器的设计也应该考虑到环境因素的影响。
例如，选择合适的材料、减少废弃物排放量等都是实现可持续发展的重要手段。
最后，金属压力容器的设计还需要满足实际需求。
不同的应用场景下对金属压力容器的需求不同，因此设计师需要根据实际情况制定相应的设计方案。
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。
压力容器设计中的应力分析与优化
压力容器设计中的应力分析与优化摘要：压力容器作为储存和运输压力物质的设备，在工业生产中扮演着重要角色。
由于其特殊性和复杂工作环境，容器壁面常受高压力和负荷作用，容易出现应力集中和应力腐蚀等问题，从而导致容器失效和严重事故的发生。
为确保压力容器的安全性和可靠性，应力分析与优化成为关键的设计环节。
本文探讨了压力容器设计中的应力分析方法，包括有限元法、解析法和试验方法，并提出了相应的优化策略，包括材料选择、结构设计、加强筋设计和压力分布均衡等方面。
强调了数值仿真与实验验证在优化策略中的重要性，通过综合运用这些方法，可以有效提高压力容器的性能和可靠性，确保其在各种复杂工况下安全运行。
关键字：压力容器，应力分析，优化策略，有限元法，解析法一、引言随着工业技术的不断发展和应用的不断扩大，压力容器作为一种重要的储存和运输压力物质的设备，在各行各业都扮演着不可或缺的角色。
由于压力容器的特殊性和工作环境的复杂性，容器壁面常常受到高压力和负荷的作用，导致应力集中和应力腐蚀等问题。
这些问题会导致容器的失效，从而引发严重的事故，对人员和环境安全造成严重威胁。
二、应力分析方法在压力容器设计中，应力分析是评估容器壁面应力分布和变形情况的关键步骤。
准确的应力分析可以揭示潜在的应力集中区域，为后续优化设计提供依据。
在应力分析中，常见的方法包括有限元法、解析法和试验方法。
2.1 有限元法：有限元法是目前最为广泛应用的应力分析方法。
它将复杂的容器结构离散为有限个简单单元，通过数值模拟的方式求解得出容器的应力分布。
有限元法能够考虑材料的非线性特性、几何的非线性变形以及复杂的边界条件，适用于各种复杂结构的压力容器。
在有限元分析中，需要建立容器的几何模型，将其划分为有限元网格。
根据材料特性、加载条件和边界条件，设定模拟参数。
通过迭代计算，求解得到容器内部应力和变形的数值结果。
有限元法具有高精度和较好的灵活性，可以在设计过程中快速验证多种设计方案的性能，是压力容器设计中不可或缺的分析手段。
有限元分析方法在压力容器检验中的应用
杨蓉遵 ，男 ，１６ ９４年 ｌ ２月生 ，工程师 上海 市， ０ ０ ２ ２０６ 。
图 ２ 缺陷示意图
密 ，结点越多 ， 计算结果就越精确 。但网格加
密到一定程度后对提高计算精度 的效果并不明
显。由于容器本身及缺陷的对称性 ，取筒体四
以上检验结果表明 ：该压力容器在使用过 程中，制造缺陷未引起新的缺陷产生。现在需
要考虑的是缺陷处的强度是否能满足设计压力
分之 一 建 模 进 行 分 析 ，筒 体 长 度 方 向 取 ８０ ｍ，采用 ８ ０ｒ ａ 节点实体单元进行分网，有限
缺陷的尺寸与位置如图 ２所示。该缺陷属
于制造缺 陷，焊缝坡 口形式为 ｘ型坡 口双面 成型。由于某些原因，该压力容器在缺陷未得 到修复就投入 了使用。作为检验人员需要判断
在该缺陷暂时存在的情况下 ， 该容器在设计条 件下能否安全使用 。因此，对该缺陷采用有限
维普资讯
力上的应力 ，附加应力 的计算较 困难。为此，
采用有限元分析的方法 ， 进行应力计算 。
采用 Ａ Ｓ Ｓ软件进行 分析 和计算 ，Ａ － ＮＹ Ｎ
材料名称 （ 材料号） 弹性模量／ ｍ Ｎ－ ｍ
（ ５ ２４ ０ ６ ）
．
泊松 比
０３ ． …
Ｓ Ｓ程序主要包括三个部分 ：前处理模块、求 Ｙ 解模块和后处 ０ （ ℃）
（ ）确定单元类型 ：缺陷产生在筒体 的 １
纵焊缝上 ，出于简化问题的考虑 ，假设焊缝性
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。
基于ANSYS_WORKBENCH的压力容器接管应力分析
图4 总体变形图
2.5 应力评定 如图3所示整体最大应力发生在接管连接处的
3 结论
（1）模型局部结构复杂，必须通过实体的划 分才能满足六面体方式的网格划分，采用局部细 化的方式将焊缝结构的网格细化。网格的划分质 量对最终的计算结果影响很大，常常会有成倍的
◆参考文献 [1] 韩敏.利用ANSYS软件对压力容器进行应力分析[J].煤矿
机械，2008，29(1)：73-74. [2] 范念青.基于ANSYS的压力容器的分析设计演示[J].中国
图2 网格划分
2.4 施加边界条件并求解 有限元分析的目的是了解模型对外部施加
载荷的响应。正确地识别和定义载荷，并有效地 实现仿真加载，是运用有限元分析工具的关键一 步。模型受到的载荷有内压、外压以及重力和支 撑力。考虑到重力和外压相对内压的影响较小， 可忽略不计。因此，只对筒体和接管内表面施加 设计压力载荷P=0.55MPa，对称面施加对称约束， 筒体端面施加轴向平面载荷，另一端面限制轴向 运动。接下来进入求解处理器对模型求解，得到 并显示第三强度最大切应力（Stress Intensity）云 图，如图3所示。图中应力大小分别用不同颜色表 示，其中红色表示应力值最大，蓝色表示应力值 最小，从图中可看出最大应力224.05 MPa出现在
（3）根据JB4732-95进行应力分类，不考虑 疲劳破坏的影响，接管的受力情况可分为一次和 二次应力的影响，一次加二次应力最大处129 MPa 满足分析设计的强度要求。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Ｋｅ ｒ ｓ： ｅ ｓ ｒ ｅ ｓ ｌ Ｓ ｒ ｓ ｉｔ ｉ ｉｎ， Ｓｔｕｃ ｕｒ ｙ ｗｏ ｄ Ｐｒ ｓ ｕ ｅ ｖ ｓ ｅ ， ｔ ｅ ｓ ｄ ｓ ｒｂｕｔｏ ｒ ｔ ｅ
板、 筋板 、 腹板 、 板 的 厚 度 。垫 板 上 有 １ ０ 的接 触 垫 ２。
及 支座 等部 位 产 生 应 力［ 。因此 ， 卧式 压 力 容 器 １ ］ 在
的设计 过程 中 ， 鞍式 支 座 （ 称 鞍 座 ） 简 的设 计 与 附加
应 力 的确定 是设 计 的一个 重要 环节 ［ 。美 国机 械工 ２ ］
（． ５ ０ ）ｋ ／ 。压 力 容器 盛 满 液 体并 且 考 虑 ７ ８ ×１ 。 ｇ ｍ。
其 自重 。实 体 模 型 采 用 八 节 点 六 面 体 单 元 戈 分 网 』 Ｉ
格， 至少 ３层 用于压 力 容器 的厚 度 分析 ， ２层 用 于 鞍
但减 轻 了底座上 的压 力 。其 他 ５部分 的最 大应 力值 在 ４ 情 况下仍 然 保 持 不 变 。为 了进 一 步 的研 究 ， 种 所有 的角 度又重新 恢 复为原 始值 。图 ４曲线 呈 轻微 非线 性 ， 能是 由于 构 成 鞍座 的每 一 部 件采 用 单 独 可 分析所 导致 。虽 然鞍 座的整 体 在线 性 范 围 内 ， 单 但
果 如 图 ３所 示 ， １ ０ 从 ８０ ０个 网格 开始 ， 网格 开 始 精 密 ， 直 到 ２ ０ 一 ６５ ０个 网格 ， 力 容 器 中的 网格 才 有 压 足 够 的灵敏 度 。一旦 容 器 的收 敛性 确 定 ， 座 不 同 鞍 结 构 处 的网格将 逐 渐变 得 更 加 精 细 ， 到最 大 冯 米 直
从 鞍座 设计 中选 取 １个 实 例 ， 后 构 建包 括 压 力 容 然
ｍｍ。其 余参 数值 是变 化 的 ， 据研 究要 求而 定 。 根
器 与鞍 座 的三维 实 体模 型 ， 用 有 限 元 方法 分 析 不 使
同因 素对鞍 座 和压力 容器 中应 力 分布 的影 响 。
筒 嚣
座 的厚度 分 析 。网格模 型如 图 ２ 示 。模型 的外 部 所
轮 廓采用 对称 边 界 条件 。为 防止 刚体 运 动 ， 座底 鞍
座 的底 面是 固定 的 ， 自由度 为零 。容器 内部 压 力 为
１ Ｍ Ｐａ
重
荟 蒸
个部 件可 能承受 更 高的局部 负 载 ， 现为非 线性 。 表 图 ４ 表相应 的 图 ４ ｂ代 ａ中标 准负 载为 ０ ９的应 ． 力 曲线 ， 力分 布不 均匀 ， 兰盘 是鞍 式结 构 中最 高 应 法
岳
１ 建 立模 型
１ １ 压 力 容 器 与 鞍 式 支 座 结 构 ．
ａ 压力容器 结构 ）
如 图 １所示 ， 研究 对象 是 １ 半径 为 Ｒ， 个 简体 长
《 技 术新 工艺 》 字技术 与 机械 工程 新 数
３１
新 技术 新工 艺
２１ ０ ２年
第 ７期
余 部分 。压 力容器 和 鞍座关 键部 分 的三维应 力分 布 状 态将 是描 述和分 析 的重点 。
数 字 技术
机 械 工 程
基 于有 限元 分析 的压 力 容 器 应力 分布 研 究
苗 浩 然 刘 埸 赵 延 平 。 ， ，
（ ．南 阳市 锅 炉 压 力 容 器 检 验 所 ， 南 南 阳 ４ ３ ０ ；．河 南 工 业 职 业 技 术 学 院 ， 南 南 阳 ４ ３ ０ ； １ 河 ７０ ０ ２ 河 ７ ０ ９
３ ．河 南 北 方 星 光 机 电有 限责 任 公 司 ， 南 邓 州 ４ ４ ０ ） 河 ７ １０
摘 要 ： 考虑 到压 力容 器 的结 构对称 性 ， 选取 １ ４模 型作 为研 究 对 象 ， 用 三 维有 限元 分 析 方 法获得 ／ 采
卧式压 力容 器 的应 力分布 状 况 。详 细描 述 了容 器的 应 力分 布 以及 支座 中各 个 不 同部件 的应 力 分布 情 况 ，
中图分 类号 ： Ｐ ３ １ Ｔ １
文献标 志码 ： Ａ
Ｍ Ｉ Ｏ ａ ａ ，ＬＩ Ｙ ａ ｇ ，ＺＨ Ａ Ｏ ｎｐｉ 。 Ａ Ｈ ｏｒ ｎ Ｕ ｎ Ｙａ ｎｇ
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｒ ｓ ｓｒ ｂ ｉ ｎ ｏ ｅ ｓ ｒ ｓｅ ａ ｅ ｎ Ｆｉ ｔ ｅ ｅ ｓ ａ ｃ ｎ Ｓｔｅ ｓ Ｄｉｔ ｉ ｕｔｏ ｆＰｒ ｓ ｕ ｅＶｅ ｓ ｌｂ ｓ ｄ ｏ ｎｉｅ Ｅｌｍ ｎｔＡｎａ ｙ ｉ ｌｓ ｓ
ｂ 鞍 座 结 构 ）
大 的应 力 出现在 ３个部 位 ， 分别是 法 兰盘 、 板 和鞍 底 座角部 。
图 １ 压 力 容 器 结构 与 鞍座 结构
１ ２ 有 限 元 模 型 ．
底 板 和法兰盘 的屈 服应 力超 出预期 最大 应力 的
在有 限元 分 析 软 件 ＡＮＳ １环 境 下 进 行 运 ＹＳ １ 算 。 由于结构 的空 间对 称 性 ， 只需 要 建 立 压 力 容器
Ａｂ ｔａ ｔ Ｏｎ ｔ ｅ ｃ ｎ ｉ ｏ ｆＣｏ ｓｄ ｒ ｔｏ ｆｓ ｍｍｅ ｒ ｔ ｕ ｔ ｒ ，ａ ｑ ａ ｔ ｒｏ ｈ ｒ ｓ ｕ ｅ ｖ ｓ ｅ ｄ ｌｗａ ｓ ａ — ｓｒｃ ： ｈ ｏ ｄｔ ｎ ｏ ｎ ｉｅａｉｎ ｏ ｙ ｉ ｔ ｉ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ｕ ｒ ｅ ｆｔ ｅ ｐ ｅ ｓ ｒ ｅ ｓ ｌ ｃ ｍｏ ｅ ｓ ｅ ｔ ｂ ｌｓ ｅ ．Ｔｈ ｔ ｅ ｓ ｄ ｓ ｒｂ ｔｏ ｆ ｔ ｅ ３ Ｄ ｒ ｓ ｕ ｅ ｖ ｓ ｅ ｏ ａ ｉｕ ｏ ｏ ｅ ｔ ｆ ｖ ｓ ｅ ｏ ｙ ａ ｄ ｓ ｐ ｏ ｔ ｗａ ｃ ｏ — ｉｈ ｄ ｅ ｓ ｒ ｓ ｉｔ ｉ ｕ ｉｎ ｏ ｈ － ｐ ｅ ｓ ｒ ｅ ｓ ｌｆ ｒ ｖ ｒｏ ｓ ｃ ｍｐ ｎ ｎ ｓ ｏ ｅ ｓ ｌｂ ｄ ｎ ｕ ｐ ｒ ｓ ａ ｃ ｍ
Ｈ ， 兰上 的最大 应力 减少 ， 法 但底 座上 的最 大 应力 会 增大 。改 变底座 的厚 度 Ｇ不 影 响其 他 部位 的应 力 ，
的 １ ４模 型 和 鞍座 架模 型 。容 器 材 料性 能 参数 为 ： ／
弹性 模 量 Ｅ一 ２ ７ ＧＰ ； 松 比 一 ０ ３ 密 度 ． ０ ａ 泊 ． ； Ｄ 一
ｐ ｉｈｅ ｌｓ ｄ． Ｔｈｅ ｅ ｆ ｃ ｓｏｆｃ ｎｇ ｎ ｈ ｏａ ｓａｎ ｒｏｕｓｇｅ ｅ ｒｃｐａ ａ ｅ ｅｒ ｈｅｓ ｒ ｓ ｒ ｎｖ ｔｇ ｔ ｄ． Ｔｈｅａ ｈｏ ｅ — ｆｅ ｔ ｈａ ｉ ｇ ｔ ｅ ｌ ｄ ｄ ｖａ ｉ ｏｍ ｔ ｉ ｒ ｍ ｔ ｓｏｎ ｔ ｔ ｅ ｓ ｗｅ ｅｉ ｅｓｉ ａ ｅ ｕｔ ｒｒ ｃ
应
图 ２ 压 力 容 器 及 支 座
图 ３网 格 灵 敏 度 分 析
重
蒸
的 网 格 模 型 图
１ ３ 网格 灵敏度 分析 ．
压 力容 器 及 鞍 座 的 网格灵 敏 度 分 析 ， 目的是 提 供 具备 计算 结果 收 敛性 和准 确 性 的 最佳 尺 寸 网 格 。
以结 构 中的最大平 均 应力作 为 收敛性 判定 准则 。结
同时还研 究 了变化栽 荷及 不 同几何 参 数 对 应 力 的影 响 。推 荐 在 压 力 容 器和 鞍 式 支座 设 计 中 ２项 最 优 比
值， 即压 力 容 器 端 部 到 支座 距 离 与 压 力 容 器 长 度 之 间 的 比 值 。 关 键 词 ： 力 容 器 ； 力 分 布 ； 构 压 应 结
程 师协 会颁 布 的 ＡＳ ＭＥ压 力 容 器 规 范 并 没 有 指 出 鞍 座设 计 和附加应 力 的具 体设 计 步骤Ｌ 。 目前 的文 ３ ］ 献 资料 较 多地论 述 压 力 容 器 中产 生 的应 力 ， 少 论 较 述 在鞍 座 中形 成 的应 力 。 本 文 预 先 给 出 了鞍 座 中应 力 分 布 的初 步 分 析 ，
（ ． Ｎａ ｙ ｎ ｏ ｌｒａ ｄ Ｐｒｓ ｕ ｅ Ｖｅ ｓ ｌＩ ｓ ｉ ｔ ，Ｎａ ｙ ｎ ７ ０ ０，Ｃｈｎ ； ．Ｍ ｅ ｈ ｎ ｃ ｌ ｐ ｒｍｅ ｔ １ ｎ ａ ｇ Ｂ ｉ ｎ ｅ ｓ ｒ ｓ ｅ ｎ ｔ ｕ ｅ ｅ ｔ ｎ ａ ｇ４ ３ ０ ｉａ ２ ｃａｉ ａ Ｄｅ ａ ｔ ｎ ，Ｈ￣ ａ ｏ ｙ ｅ ｈ ｉ ｎ ｎ Ｐ ｌ ｔｃ ｎ ｃ
着 一定 压力 差 的所 有 密 闭 容器 均 可 称 为 压 力 容 器 。 通 常所说 的压力 容 器是 指 容易 发 生 事 故 ， 别 是 事 特 故 危 害较大 的特 殊设 备 。 卧式 压力 容 器 在 工作 状 况 下 ， 在 容 器 内部 以 会
鞍座 到切 线 的距离 为 Ａ， 座焊 在压力 容 器上 ， 座 鞍 鞍 的公 称直 径设 计 为 ６ ０ｍｍ。压 力 容 器 与鞍 座 的几 ６ 何 参 数如 下 ： Ｂ表示 鞍 座 基 底 （ 刚性 平 面） 压 力 即 到 容器 中心 线 的高 度 ； 表 示 鞍 座 的 高 度 ； 表示 底 Ｗ Ｃ 板与 筋 板 在 低 端 的 宽 度 ， Ｈ、 、 分 别 表 示 底 Ｇ、 Ｈ Ｋ
Ｉ ｓｉｕ ｅ ｎ ｔ ｔ ，Ｎａ ｙ ｎ ７ ０ ９ ｔ ｎ ａ ｇ ４ ３ ０ ，Ｃ ｉ ａ ３ Ｈ ｅ ａ ｒｈ Ｓ ａ ａ ｈ ｎ ｒ ＆ Ｅｌｃ ｒｃ Ｃｏ ｈｎ ；． ＇ ｎ Ｎｏ ｔ ｔ ｒ Ｍ ｃ ｉ ｅ ｙ ｎ ｅ ｔｉ ．，Ｌｔ ｄ，Ｄｅ ｇ ｈ ｕ ４ ４ ５ ｎ ｚ ｏ ７ １ ０，Ｃｈ ｎ ） ｉａ
ｏ ｍｍｅ ｄ ｄ ａ ｐ ｉ ｌ ａｕ ｆｒ ｔ ｆｔ ｅ ｄ ｓ ａ ｃ ｆｓ ｐ ｏ ｔ ｆｏ ｔ ｅ ｅ ｄ ｏ ｈ ｅ ｓ ｌ ｏ ｔ ｅ ｌｎ ｔ ｆｔ ｅ ｖ ｓ ｅ ，ｗｈ ｃ ｎ ｅ ｎｏ ｔ ｍａ ｌ ｅ ｏ ａ ｉ ｏ ｈ ｉｔ ｎ ｅｏ ｕ ｐ ｒ ｒ ｍ ｈ ｎ ｆｔ ｅ ｖ ｓ ｅ ｈ ｅ ｇ ｈ ｏ ｈ ｅ ｓ ｌ ｖ ｏ ｔ ｉｈ