壓力容器有限元分析

壓力容器有限元分析壓力容器有限元分析壓力容器有限元分析壓力容器有限元分析編制僅供參考審核批準生效日期地址：電話：傳真:郵編:有限元的分析簡介隨著科技的進一步發(fā)展，傳統(tǒng)的分析方法已不能滿足現(xiàn)在社會的需求，以及更不能滿足一些問題的精確分析，而有限元的出現(xiàn)和應用給機電、土木、航天等工業(yè)領域帶來了歷史性的突破。ＡＮＳＹＳ是有限元的應用軟件，主要用于幾何和網(wǎng)格劃分、多物理場、結構力學、流體動力學、非線性結構、仿真過程及數(shù)據(jù)管理、顯示動力學等多領域的應用有限元法是求解工程科學中數(shù)學物理問題的一種通用數(shù)值方法。本書介紹有限元法的基本原理、建模方法及工程應用，強調理論與實踐的結合。全書包括兩篇共16章，第1篇由第1～10章組成，介紹有限元法的基本理論和方法，內容包括：有限元法基本理論、平面問題、軸對稱問題和空間問題、桿梁結構系統(tǒng)、薄板彎曲問題以及熱傳導問題、結構動力學問題、非線性問題的有限元法。有限元主要介紹有限元建模技術及基于ANSYS的有限元分析工程應用，內容包括：有限元建模的基本流程、模型簡化技術、網(wǎng)格劃分技術、邊界條件處理與模型檢查以及基于ANSYS的有限元分析工程應用實例。創(chuàng)新實踐課題：壓力容器的有限元應力分析與設計問題描述1、如圖1所示為一臺Ф700立式儲罐，其手孔的直徑為Ф88，材料為16MnR,設計壓力為，工作壓力為，彈性模量為201GPa，泊松比為，要求利用有限元分析對此壓力容器進行應力分析設計。2、立式儲罐用途：主要用于儲存氣體，如燃氣等，因為儲罐密封性能好且能承受較高的壓力，所以將氣體壓縮成液體后，方便于儲存在儲罐內。設計基本參數(shù)如下表：彈性模量201Gpa工作壓力設計壓力儲罐直徑700手孔直徑88泊松比材料16MnR螺栓力82109N封頭直徑146壁厚34圓弧面直徑18封頭厚15立式儲罐結構示意簡圖如下圖所示：圖1在壓力容器的應力分析中，壓力容器部件設計關心的是應力沿壁厚的分布規(guī)律及其大小，可采用沿壁厚方向的“校核線”代替校核截面。該容器軸對稱，所以只需考慮對儲罐上半部分進行分析設計。法蘭上的螺栓力可以轉化為一個集中力F,且F=82109N。三、結構壁厚計算1.筒體厚度計算厚度：設計厚度：名義厚度：34mm有效厚度：2.橢圓形封頭厚度標準橢圓封頭計算厚度：設計厚度：名義厚度：18mm有效厚度：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應力設計一、GUI操作方式定義工作文件名和工作標題定義工作文件名：執(zhí)行changejobname，文件名命名為wuzu定義工作標題：執(zhí)行changetitle命令，對文件的壓力進行分析關閉三角坐標符號定義單元類型和材料屬性選擇單元類型：在elementtypes命令中選擇strucralsolid和quad8node82設置單元選項：在elementtypeoption命令框中選擇k3為axisymmertic設置材料屬性：在materialnumber命令框中設置ex為，prxy為二、建立幾何模型生成矩形面，在bydimensios中設置三個矩形面數(shù)據(jù)如下：350，384，0,28044,146,,,44，62,600,生成部分圓環(huán)面：執(zhí)行partialannulus命令框中設置wpx,wpy,,theta1,rad,theta2,分別為0,280,355,,373,63，0,280,355,67,.6,383,90面疊分操作：執(zhí)行booleans下的areas命令A3和A5的面進行疊加刪除面操作：執(zhí)行delete下的below命令，選擇A6和A8的面線倒角操作：執(zhí)行l(wèi)ines下的linesfillet命令，選擇要倒角的兩條線在rad文本框中輸入20，這則另一倒角的兩條線，在RAD文本中輸入10線生成面操作：點擊bylines命令選擇如下兩組三條線生成兩個面面相減操作，在boolsean下的areas選擇A10和A3兩個面生成如下圖面向加操作：在boolsean下的addaaread選擇如下四個面生成如下圖生成關鍵點：選擇A2面中的L5在lineratio選項框中輸入生成關生成關鍵點：在ratio下輸入lineratio=,生成關鍵點21.生成線，拾取“15，20”“22，19”“14，17”“11，21”“3，13”“4，16”“5，12”“21，5”“24，18”關鍵點生成九條線。再生成面。（11）面分解操作：在AreabyLine下，拾取A2，A3,A10面，拾取L33,L27,L26線，生成的圖形如圖所示。（12）進行編號壓縮操作（13）合并關鍵點：執(zhí)行MergeItems命令，彈出圖所示。選擇Keypoints。（14）保存幾何模型三、劃分有限元網(wǎng)格（1）連接線過渡圓弧線：執(zhí)行Lines命令，拾取L22、L8和L28的線，單擊OK按鈕。（2）設置單元尺寸：執(zhí)行MeshTool命令，彈出劃單擊Set按鈕，拾取L1、L3、L15、L13、L19、L25、L26、L10、L27和L31的線，彈出ElementSixesonPickedLines對話框。輸入NDIV=4。（3）設置全局單元尺寸：MeshTool命令，在SIZE文本框中輸入20。（4）劃分網(wǎng)格：生成的有限元網(wǎng)格如圖所示：四、施加載荷并求解（1）在線上施加面載荷：執(zhí)行PressurelOnLines命令，拾取L4、L17、L14、L20、L30、L22、L8、L28、L24、L9和L7的線。彈出對話框，在LoadPRESvalue文本框中輸入。（2）施加集中載荷：執(zhí)行OnNodes命令，拾取編號為708的關鍵點。彈出如圖所示對話框。在Directionofforce/mom中選擇FY，然后在Force/momentvalue文本框中輸入82109。（3）顯示單元：執(zhí)行PlotElement命令，生成結果如圖所示。（4）求解運算：執(zhí)行Solve-CurrentLS命令，瀏覽后執(zhí)行File/Close命令，在Solutionisdone對話框時單擊Close按鈕完成求解運算。（5)保存分析結果五、瀏覽運算結果（1）顯示變形形狀：容器施加載荷就會產(chǎn)生力，而容器壁受到力的作用將產(chǎn)生形變，變形量隨力的大小改變，所以圖中所出現(xiàn)的變形不同是因為其受到的力的大小不同，所以容器的制作要根據(jù)實際用途設計，其各個部位所使用的材料的量要合適。變形公式為：F=ps所出結果符合設計要求。（2）顯示節(jié)點位移云圖：生成結果如圖所示：容器受到力的作用容器壁產(chǎn)生變形就會出現(xiàn)節(jié)點的位移變化，變形量不同，節(jié)點位移也不同，符合設計要求。（3）顯示節(jié)點的VonMises應力：生成結果如圖所示對設計載荷作用下進行有限元分析，并對分析結果進行應力強度評定。評定的依據(jù)為JB4732-1995《鋼制壓力容器——分析設計標準》。應力線性化路徑的選擇原則為：(1)通過應力強度最大節(jié)點，并沿壁厚方向的最短距離設定線性化路徑；(2)對于相對高應力強度區(qū)，沿壁厚方向設定路徑。設計工況下的評定線性化路徑如下圖所示，線性化結果如下圖所示，都符合設計要求。在路徑上映射數(shù)據(jù)的圖形顯示：生成如圖所示：（5）圖形顯示當前路徑上應力線性化結果：以圖形顯示當前路勁上的所有應力分量、主應力及相關的應力強度。（6）疲勞分析校核最高壓力工況與最低壓力工況下設備的最大應力強度均出現(xiàn)在接管與封頭相貫區(qū)的內壁，通過計算，疲勞校核通過。分析結論附錄一PRINTLINEARIZEDSTRESSTHROUGHASECTIONDEFINEDBYPATH=PATH2DSYS=0*****POST1LINEARIZEDSTRESSLISTING*****INSIDENODE=395OUTSIDENODE=350LOADSTEP1SUBSTEP=1TIME=LOADCASE=0**AXISYMMETRICOPTION**RHO=+14THEFOLLOWINGX,Y,ZSTRESSESAREINSECTIONCOORDINATES.**MEMBRANE**SXSYSZSXYSYZSXZS1S2S3SINTSEQV**BENDING**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZICOS1S2S3SINTSEQVICO**MEMBRANEPLUSBENDING**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZICOS1S2S3SINTSEQVICO**PEAK**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZICOS1S2S3SINTSEQVICO**TOTAL**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZICOS1S2S3SINTSEQVTEMPICO附錄二PRINTLINEARIZEDSTRESSTHROUGHASECTIONDEFINEDBYPATH=PATH2DSYS=0*****POST1LINEARIZEDSTRESSLISTING*****INSIDENODE=395OUTSIDENODE=350LOADSTEP1SUBSTEP=1TIME=LOADCASE=0**AXISYMMETRICOPTION**RHO=+14THEFOLLOWINGX,Y,ZSTRESSESAREINSECTIONCOORDINATES.**MEMBRANE**SXSYSZSXYSYZSXZS1S2S3SINTSEQV**BENDING**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZICOS1S2S3SINTSEQVICO**MEMBRANEPLUSBENDING**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZICOS1S2S3SINTSEQVICO**PEAK**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZICOS1S2S3SINTSEQVICO**TOTAL**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZICOS1S2S3SINTSEQVTEMPICO附錄三PRINTLINEARIZEDSTRESSTHROUGHASECTIONDEFINEDBYPATH=PATH3DSYS=0*****POST1LINEARIZEDSTRESSLISTING*****INSIDENODE=294OUTSIDENODE=285LOADSTEP1SUBSTEP=1TIME=LOADCASE=0**AXISYMMETRICOPTION**RHO=+13THEFOLLOWINGX,Y,ZSTRESSESAREINSECTIONCOORDINATES.**MEMBRANE**SXSYSZSXYSYZSXZS1S2S3SINTSEQV**BENDING**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZICOS1S2S3SINTSEQVICO**MEMBRANEPLUSBENDING**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZICOS1S2S3SINTSEQVICO**PEAK**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZICOS1S2S3SINTSEQVICO**TOTAL**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZICOS1S2S3SINTSEQVTEMPICO附錄四PRINTLINEARIZEDSTRESSTHROUGHASECTIONDEFINEDBYPATH=PATH6DSYS=0*****POST1LINEARIZEDSTRESSLISTING*****INSIDENODE=360OUTSIDENODE=490LOADSTEP1SUBSTEP=1TIME=LOADCASE=0**AXISYMMETRICOPTION**RHO=+14THEFOLLOWINGX,Y,ZSTRESSESAREINSECTIONCOORDINATES.**MEMBRANE**SXSYSZSXYSYZSXZS1S2S3SINTSEQV**BENDING**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZICOS1S2S3SINTSEQVICO**MEMBRANEPLUSBENDING**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDE