容器封頭大開(kāi)孔結(jié)構(gòu)分析

容器封頭大開(kāi)孔結(jié)構(gòu)分析學(xué)院（系）：專(zhuān)業(yè)：組員：指導(dǎo)教師：完成日期：大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology摘要對(duì)受壓筒體開(kāi)孔率大于0.5的大開(kāi)孔結(jié)構(gòu)的開(kāi)孔及其補(bǔ)強(qiáng)問(wèn)題，在GB150-98中沒(méi)有相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)定。由于大開(kāi)孔后，孔邊緣不僅存在大的薄膜應(yīng)力，而且還會(huì)產(chǎn)生高的彎曲應(yīng)力，因此以受拉伸開(kāi)孔大平板為計(jì)算模型的等面積補(bǔ)強(qiáng)法是不適用的。目前，我國(guó)一般采用的壓力容器大開(kāi)孔（開(kāi)孔率不超過(guò)0.8）補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)計(jì)算方法是原西德AD規(guī)范（受壓容器規(guī)范）中用的壓力面積法。本文簡(jiǎn)略地分析介紹了大開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的有限單元法。使用有限單元法計(jì)算分析模型容器筒體上受內(nèi)壓的大開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度并比較了不同封頭的受力情況。并以ANSYS軟件對(duì)此大開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行線(xiàn)性化的極限分析計(jì)算。求出其極限載荷，并用分析設(shè)計(jì)準(zhǔn)則對(duì)其進(jìn)行了強(qiáng)度校核。并進(jìn)行了補(bǔ)強(qiáng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算。關(guān)鍵詞：大開(kāi)口；補(bǔ)強(qiáng)；有限元；極限載荷摘要I引言1錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。1.1技術(shù)種類(lèi)1.2開(kāi)發(fā)應(yīng)用1.3軟件優(yōu)勢(shì)1.4分析類(lèi)型1.5軟件介紹1.6應(yīng)用領(lǐng)域TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"2容器封頭大開(kāi)孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)22.1問(wèn)題分析22.2基本參數(shù)2設(shè)計(jì)參數(shù)2材料參數(shù)22.3有限元分析2幾何模型簡(jiǎn)化2有限元模型11有限元建模112.4結(jié)果分析162.5應(yīng)力強(qiáng)度評(píng)定18\o"CurrentDocument"3補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)及計(jì)算19\o"CurrentDocument"結(jié)論20\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn)21\o"CurrentDocument"致謝22引言有限元分析(FEA,FiniteElementAnalysis)是利用數(shù)學(xué)近似的方法對(duì)真實(shí)物理系統(tǒng)(幾何和載荷工況)進(jìn)行模擬。還利用簡(jiǎn)單而又相互作用的元素，即單元，就可以用有限數(shù)量的未知量去逼近無(wú)限未知量的真實(shí)系統(tǒng)。而最常見(jiàn)的有限元分析軟件就是ANSYS軟件。ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)分析于一體的大型通用有限元分析軟件。由世界上最大的有限元分析公司之一的美國(guó)ANSYS開(kāi)發(fā)，它能與多數(shù)CAD軟件接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如Pro/Engineer,NASTRAN,Alogor,I-DEAS,AutoCAD等，是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的高級(jí)CAE工具之一。接下來(lái)我們就將用ANSYS軟件就容器封頭大開(kāi)孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析。2容器封頭大開(kāi)孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1問(wèn)題分析本次分析是針對(duì)容器封頭達(dá)開(kāi)孔進(jìn)行分析。2.2基本參數(shù)2.2.1設(shè)計(jì)參數(shù)由模型總圖得容器內(nèi)徑1000mm，壁厚10mm，取T=450°C。取筒體長(zhǎng)度L=2000mm。2.2.2材料參數(shù)由GB150-2011標(biāo)準(zhǔn)，查得Q345不銹鋼在該溫度下材料性能參數(shù)如下：Os=345MpaOb=490MpaOts=190Mpa貝UOs/ns=345/1.5=230MpaOb/nb=490/2,6=188.46Mpa°ts/nts=190/1.5=126.67Mpa2.3有限元分析2.3.1幾何模型簡(jiǎn)化建立幾何模型圖1全幾何圖圖1全幾何2.3.2有限元模型采用映射劃分網(wǎng)格，設(shè)置單元邊長(zhǎng)2mm。1、創(chuàng)建單元類(lèi)型2、定義材料模型3、創(chuàng)建矩形typeirnyANOCT234、移動(dòng)工作平面5、創(chuàng)建面6、縮放變成橢圓封頭

7、拷貝點(diǎn)8、建立橢圓坐標(biāo)系及橢圓封頭9、將橢圓封頭四線(xiàn)連成一個(gè)

13、打斷刪除14、把面粘起來(lái)15、劃分網(wǎng)格

16、限制剛體位移17、加入壓力18、計(jì)算19、顯示應(yīng)力第二王應(yīng)力第二土應(yīng)力2.4結(jié)果分析

結(jié)果分析：開(kāi)孔越大，受力越不好橢圓度越大，受力越不好2.5應(yīng)力強(qiáng)度評(píng)定根據(jù)ANSYS計(jì)算結(jié)果只有球形十分之五線(xiàn)性化結(jié)果滿(mǎn)足應(yīng)力強(qiáng)度限制，由下表可知其中SINT=120.8MpaV126.67Mpa滿(mǎn)足強(qiáng)度條件，其他結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。**TOTAL**I二INSIDEC二CENTERO=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZ-5.206-15.OS.105.0嚓9670.0000.000-1.9007.159112.8-1..2640.0000.000物7867.093114.40；17930.0000.000S1S2S3:SINTSEQVTEMP10&.0-4.379-15.86120.g115.50.000112.87.海-2.073114.9110.5114.47.ids3.110.6109.00.0003補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)及計(jì)算線(xiàn)性化法是將容器各計(jì)算部位應(yīng)力，按選擇的危險(xiǎn)截面把各應(yīng)力分量沿一條應(yīng)力處理線(xiàn)首先進(jìn)行均勻化和當(dāng)量線(xiàn)性化處理，然后進(jìn)行應(yīng)力分類(lèi)評(píng)定。通過(guò)ansys軟件進(jìn)行應(yīng)力線(xiàn)性化處理。由ANSYS計(jì)算結(jié)果可知除球形十分之五開(kāi)孔滿(mǎn)足強(qiáng)度要求外，其他大開(kāi)孔均需要補(bǔ)強(qiáng)。其中球形和標(biāo)準(zhǔn)橢圓壁厚增加10mm，橢圓增加10mm還是達(dá)不到要求，所以增加了20mm。分別以以球形球形十分之七和標(biāo)準(zhǔn)橢圓十分之七開(kāi)孔為例，壁厚增加后線(xiàn)性化計(jì)算結(jié)果如下：**TOTAL**I二INSIDE“CENTERO=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZ-4.216-B.5546.26-0.5853'0.0000.000-4.003；5.S6B成74-0.59U60.0000.0001.7847.41156.20-0.5203E-010.0000.OOjOS1S2S3SINTSEQVTEMP46.26-4.198-23；57礎(chǔ)蹈62：440.OJOO底745.904-4.：03957.78惑'5156.207.4121.73454.4251..83：0.000**TOTAL**I^INSIDEOCENTER0二OUTElDEsxSYSZSXYSYZSXZ0.6442公00775.721850.0000.0000.54731.00078.16-1.8530.0000.0000;7109E-020.3471BQ;46—0.34S0E-010.0000.000SIS2日3SINTSEQVTEMP75.724.5路-1.9靈77.6574.600.0007S.162.U0-1.通79.關(guān)77.468Q-.460；3506'S553E-0280.4680;290.000由上表可知，當(dāng)容器厚度增加后，開(kāi)口結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。結(jié)論本文簡(jiǎn)略地分析介紹了大開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的有限單元法。使用有限單元法計(jì)算分析了大開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度并比較了不同封頭的受力情況。并以ANSYS軟件對(duì)此大開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行線(xiàn)性化的極限分析計(jì)算。并用分析設(shè)計(jì)準(zhǔn)則對(duì)其進(jìn)行了強(qiáng)度校核。通過(guò)有限元分析不難發(fā)現(xiàn)：容器封頭開(kāi)孔越大，受力越不好；橢圓度越大，受力越不好。在工程實(shí)踐中大開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)應(yīng)有較大的安全系數(shù)，有限單元法對(duì)大開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)是合理和安全的。參考文獻(xiàn)[1]《化工原理》（下冊(cè)），大連理工大學(xué)，高等教育出版社，2002⑵《過(guò)程機(jī)械》（上冊(cè)），大連理工大學(xué)，化學(xué)工業(yè)出版社，2008成青.壓力面積法開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法分析.石油化工設(shè)備技術(shù)，2001JB4732-95鋼制壓力容器及標(biāo)準(zhǔn)釋義，全國(guó)壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)，1995祝效華.《ansys高級(jí)工程有限元分析范例精選》，電子工業(yè)出版社，2004致謝歷時(shí)將