下载文档原格式
.压力容器分析报告页脚..目录1 设计分析依据 (1)1.1 设计参数 (1)1.2 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 (2)2.3 划分网格 (3)2.4 边界条件 (5)3 应力分析及评定 (5)3.1 应力分析 (5)3.2 应力强度校核 (6)4 分析结论 (8)4.1 上封头接头外侧 (9)4.2 上封头接头内侧 .................................................................114.3 上封头壁厚 .....................................................................134.4 筒体上 .........................................................................154.5 筒体左 .........................................................................174.6 下封头接着外侧 .................................................................194.7 下封头壁厚 .....................................................................21页脚..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 MPa 7.26.3 最高工作压力 MPa0~55 设计温度℃5~55℃工作温度压缩空气 46#汽轮机油工作介质1.0 焊接系数φ2.0 腐蚀裕度 mm4.0 容积第二容积类筒29.36 mm计算厚封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工作压力 7.2MPa 设计压力 6.3MPa工作温度 5~55设计温度 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。
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。
论析固定式压力容器表面凹坑的安全评定压力容器随着使用时间的增加，安全隐患问题会比较突出，定期检测就显得尤为重要，只有做好压力容器的评定工作，才能确保压力容器一直处于安全状态。
凹坑是固定式压力容器最为常见的缺陷，其形成原因各不相同，但是大部分是使用过程中，由流体腐蚀形成。
如果固定式压力容器存在凹坑缺陷，就会在凹坑位置产生非常高的应力，从而导致压力容器产生裂纹，甚至开裂，进而影响其安全性，因此对其安全评定进行分析有着十分重要的现实意义。
一、凹坑缺陷特征简化规则容器表面的凹坑缺陷为不规则形态存在，为了方便实验，我们将凹坑形状简化为椭球形，长度分别设置为：长轴2A；短轴2B，深度C；，在凹坑的底部位置出现了不规则的曲线，在这里，我们对其进行抛物线处理。
二、容器凹坑应力计算已知条件为容器的内径（2180mm）和容器厚度（16mm），在这里我们分别设为Di和t，在恒定内压（p）条件下，容器的轴向薄膜应力为，容器的周向薄膜应力。
凹坑经规则化处理，长短半轴长度分别设置为A和B，深度设置为C。
分别计算两种凹坑缺陷的最大合成应力：轴向凹坑：在该式中，指的就是轴向最大弯曲应力，具体的计算方法为：；式中的指的是周向最大弯曲应力，具体的计算方法为：；式中的的指的是轴向最大薄膜应力，具体的计算方法为：，；式中的指的是周向最大薄膜应力，具体的计算方法为：；该式中的μ代表的是泊松比。
关于周向凹坑，我们可以得出上述各式，只需要取下列所示即可：三、建模、仿真在容器的外壁上建立一个半椭球形状的凹坑，凹坑具有对称性。
在对容器的凹坑缺陷进行分析的过程中，我们只需取其中的四分之一即可，注意要在凹坑的对称位置进行选取，在进行计算时，要施加约束条件于对称面上。
分析模型的建立采用10节点SOLID1874面体单元，划分方式选择自由网格，同时，需要添加区域网格，目的在于控制网格尺寸。
对于接近凹坑的结构网格需要进行细化处理。
筒体材料为Q345R，密度为7850kg/m3，弹性模量为205×103Mpa，泊松比为0.26，材料屈服极限为345MPa，许用应力为189Mpa。
! ***************环境设置************************finish/clear/filn, E42/title, FEA of connecting zone of nozzle to cylinder/units,si !采用国际单位制! ********* 参数设定*********Rci=1000 ! 筒体内半径tc=30 ! 筒体厚度Rco=Rci+tc ! 筒体外半径Lc=4000 ! 筒体长度Rno=530 ! 接管外半径tn=15 ! 接管厚度Rni=Rno-tn ! 接管内半径Li=193 ! 接管内伸长度Ln=500 ! 接管外伸长度rr1=30 ! 焊缝外侧过渡圆角半径rr2=15 ! 焊缝内侧过渡圆角半径pi=1.2 ! 内压pc=pi*Rci**2/(Rco**2-Rci**2) ! 筒体端部轴向平衡面载荷!****************前处理***************************/prep7et,1,95 ! 定义单元类型mp,ex,1,2e5 ! 定义材料的弹性模量mp,nuxy,1,0.3 ! 定义材料的泊松比!****************建立模型***************************cylind,Rco,Rci,0,-Lc/2,90,270, ! 生成筒体wpoff,0,0,-Lc/2 ! 将工作面沿-Z向移动Lc/2wprot,0,90, ! 将工作面沿yz旋转90度cylind,Rno,Rni,-Ln-Rci-tc,-Rci+Li,90,180, ! 生成接管vovlap,all ! 体overlap布尔运算vsel,s,,,7 ! 选择筒体*afun,deg ! 设定角度函数中单位为角度ang1=2*nint(asin(Rno/Rci)) ! 计算接管区切割角度wprot,0,0,-90+ang1 ! 旋转坐标系vsbw,all ! 切割筒体afillt,21,12,rr1 ! 筒体与接管外表面圆角afillt,23,35,rr2 ! 筒体内表面与接管外表面圆角afillt,14,25,rr2 ! 生成下辅助过渡圆角afillt,13,19,rr1 ! 生成上辅助过渡圆角allsaskin,91,64 ! 根据接管外过渡圆角在接管内外表面上的交线蒙面vsba,4,13 ! 切割外伸接管askin,83,72 ! 根据接管内过渡圆角在接管内外表面上的交线蒙面vsba,5,18 ! 切割内伸接管askin,67,75 ! 根据内外圆角边界蒙皮生成切割面24 vsba,2,24 ! 切割筒体wprot,0,,90-ang1 ! 旋转坐标系wprot,0,90,0 ! 旋转坐标系wpoff,0,0,-2*Rni ! 移动坐标系至接管区轴向切割位置vsbw,all ! 切割筒体VDELE, 3, , ,1 ! 删除筒体上开孔失去的部分ADELE, 25, , ,1 ! 删除辅助面ADELE, 35, , ,1 ! 删除辅助面al,33,65,5 ! 生成外圆角区域所需的端面al,49,73,40 ! 生成外圆角区域所需的端面al,66,7,37 ! 生成内圆角区域所需的端面al,41,74,50 ! 生成内圆角区域所需的端面asel,s,,,31 ! 选择外圆角区域各面asel,a,,,38,39asel,a,,,4,6,2va,all ! 生成外圆角区域体asel,s,,,21 ! 选择内圆角区域各面asel,a,,,41,42asel,a,,,5,9,4va,all ! 生成内圆角区域体vsel,s,,,1,5,2 ! 选择过渡区的体素vsel,a,,,8,9vsel,a,,,6vadd,all ! 合并体素allsaadd,4,43,29,26,5,51 ! 合并过渡区端面面素aadd,50,9,52,28,45,6 ! 合并过渡区端面面素!划分网格LESIZE,67, , ,80, , , , ,1 ! 指定圆周方向的剖分数LESIZE,5, , ,5, , , , ,1 ! 指定过渡圆弧的剖分数vsweep,10 ! 扫略剖分该区域allsMSHAPE,0,3D ! 设定三维映射剖分MSHKEY,1VMESH,7 ! 映射剖分接管上段VMESH,4 ! 映射剖分接管下段accat,56,65 ! 筒体开孔相邻区区域规则化连面LESIZE,108, , ,40,0.5, , , ,1 ! 指定筒体接管相邻区的剖分数VMESH,13 ! 扫略剖分该区域vsweep,11 ! 扫略剖分筒体其它部分vsweep,12vsweep,2allsnummrg,all ! 合并所有相同项numcmp,all ! 压缩fini!****************求解***************************/soluasel,s,loc,z,0 ! 选择筒体端面SFA,all,1,PRES,-pc ! 施加端面平衡面载荷asel,s,loc,x,0 ! 选择对称面asel,a,loc,z,-Lc/2 ! 选择对称面DA,all,SYMM ! 施加对称约束asel,s,loc,y,Ln+Rci+Tc ! 选择接管端面DA,all,UY, ! 约束轴向位移asel,s,,,38 ! 选择内表面面素asel,a,,,34asel,a,,,9asel,a,,,41asel,a,,,12asel,a,,,10asel,a,,,7asel,a,,,22asel,a,,,25asel,a,,,15asel,a,,,27asel,a,,,23SFA,all,1,PRES,pi ! 施加内压alls。
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。
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。
高压空气储气罐ANSYS 应力分析
压力容器是在冶金、化工、炼油、气体等工业生产中频繁使用，常常用来存储各类不同压力、温度、介质的气体，或被使用为干燥罐，蒸压釜、反应釜、缓冲罐、医用氧气瓶等等。
同时大部分罐都属于特种设备—压力容器，其制造和使用国家都有严格规范标准，特别是压力容器的疲劳强度和形体薄弱环节的研究对于特种设备的安全使用很重要，这里借助于ansys软件很直观精确地将其中一种压力容器—高压空气储气罐进行了疲劳分析之一—压力应力分析。
一、高压储气罐的设计条件：
①
建立几何模型
② 由于该容器形体的对称性，选择1/4 来分析：
三、加载求解
四、结果分析。
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的压力容器的应力分析与结构优化作者：成鹏涛来源：《中国化工贸易·下旬刊》2018年第08期摘要：本文利用ANSYS有限元分析软件对缓冲压力容器进行了应力分析和壁厚优化。
在满足应力强度的条件下，得到了合理的方案。
容器质量降低17.5%，球形封头壁厚降低16.7%，由此可见优化效果明显。
关键词：压力容器；应力分析；优化设计；壁厚；ANSYS；缓冲器压力容器是一种广泛应用于石油化工、机械、轻工、食品等行业的压力容器设备。
传统的压力容器设计采用规则设计，即按照标准GB150《钢制压力容器》。
为了确保安全的容器，设计师总是试图增加壁厚提高压力容器的承载能力，结构强度的结果是相对保守的，这限制了容器的整體性能的提高和材料的有效使用。
随着分析设计理念的发展，越来越多的设计人员优化了压力容器的结构。
本文利用ANSYS有限元分析软件对容器各部分进行了详细的应力计算和分析，以容器的最小质量为目标，不降低设备的安全性。
通过优化设计方法，给出了压力容器参数的最优组合，以减小结构的厚度，有效地提高材料使用效率。
1 压力容器参数及应力云图1.1 工作条件和结构参数有一缓冲器，整个缓冲器封头材料为16MnR，接管材料为16Mn，其参数见表1。
设计压力p=32MPa，弹性模量E=206GPa，泊松比μ=0.3。
壁厚参考范围t1=30～39mm，t2=15～24mm，许用应力[σ]=250MPa。
1.2 参数化建模根据结构特点和荷载特性，采用轴对称力学模型进行分析，从关键点生成曲面，建立二维模型。
该结构采用PLANE82进行网格划分，这是ANSYS软件提供的8个节点的轴对称单元。
1.3 施加载荷及应力分布有限元分析的目的是了解模型对外界荷载的响应。
使用有限元分析工具的关键步骤是正确识别和定义负载，有效地实现仿真负荷。
在这种情况下，压力容器内表面的压力为32MPa，对球形头末端的对称面施加对称约束。
管道末端的轴向拉伸应力为：得到了应力结果。
压力容器分析报告目录1 设计分析依据 (1)1.1 设计参数 (1)1.2 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 (2)2.3 划分网格 (3)2.4 边界条件 (5)3 应力分析及评定 (5)3.1 应力分析 (5)3.2 应力强度校核 (6)4 分析结论 (8)4.1 上封头接头外侧 (9)4.2 上封头接头内侧 (11)4.3 上封头壁厚 (13)4.4 筒体上 (15)4.5 筒体左 (17)4.6 下封头接着外侧 (19)4.7 下封头壁厚 (21)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MPa 7.2最高工作压力MPa 6.3设计温度℃0~55工作温度℃5~55工作介质压缩空气46#汽轮机油焊接系数φ 1.0腐蚀裕度mm 2.0容积㎡ 4.0容积类别第二类计算厚度mm 筒体29.36 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℃材料名称厚度设计应力强度弹性模型泊松比钢管20 ≤10mm 150 MPa 1.92×10³MPa μ=0.3锻钢Q345 ≤100mm 185 MPa 1.92×10³MPa μ=0.3钢板16MnR 26~36 188 MPa 1.92×10³MPa μ=0.3锻钢16Mn ≤300mm 168 MPa 1.92×10³MPa μ=0.32 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。
利用ANSY S软件对压力容器进行应力分析韩 敏(西安科技大学,西安710054)摘要:利用ANSY S有限元软件对压力容器进行应力分析,获得了压力容器的应力分布图。
经分析发现,ANSY S软件分析的结果与真实情况基本一致。
整个建模、分析过程充分说明ANSY S 软件为压力容器的结构设计提供了可靠、高效的理论依据。
关键词:压力容器;ANSY S;有限元;应力分析中图分类号:TH49 文献标志码:A 文章编号:100320794(2008)0120073202Stress Analysis of Pressure Contain with ANSY S Softw areH AN Min(X i’an University of Science and T echnology,X i’an710054,China)Abstract:The static force im paction of a pressure contain with ANSY S s oftware was analysed and the stress distribution drafts of them were g otten.Through theories analysis,the result of finite-element analysis is proved to be acceptable,and it provides the theories support to today’s machine optimize design.K ey w ords:pressure contain;ANSY S;finite-element;stress analysis计方法,得出的结构强度结果比较保守,这就限制了容器整体性能的提高和材料的有效利用。
分析设计依据标准JB4732《钢制压力容器—分析设计标准》,它是基于“塑性失效”与“弹塑性失效”准则,其理论基础是板壳力学、弹性与塑性理论及有限元法,是根据具体工况,对容器各部位进行详细地应力计算与分析,在不降低设备安全性的前提下选取相对较低的安全系数,从而降低了结构的厚度,使材料得到了有效的利用。
核 动 力 工 程Nuclear Power Engineering第30卷 第1 期 2 0 0 9 年2月V ol. 30. No.1 Feb. 2 0 0 9文章编号：0258-0926(2009)01-0109-03基于ANSYS 的压力容器可靠性分析彭翠玲，艾华宁，刘青松，向文元（中科华核电技术研究院，广东深圳，518124）摘要：运用通用有限元分析软件（ANSYS ）的概率设计功能，以压力容器壁厚、压力载荷及弹性模量为随机输入变量，模拟实际结构设计参数的随机性。
选用蒙特卡罗法进行压力容器应力的可靠性分析，获得了该有限元分析模型的应力概率分布特征，得到了压力载荷、壁厚等设计参数对应力分布的敏感程度。
关键词：压力容器；可靠性分析；ANSYS ；蒙特卡罗法 中图分类号：TG404 文献标识码：A1 前 言常用工程构件的设计方法有两种：传统的结构强度理论设计方法和可靠性设计方法。
结构强度设计方法是假设各设计变量为确定值，并要求结构的工作应力小于材料的许用应力，即[]σσ≤。
这种设计方法中，材料的属性、结构尺寸、载荷等各种参数都是根据假设和理想化得到的，对这些因素的误差引入一个安全系数加以处理。
严格说来，这些参数都不是确定的，具有一定的随机性和模糊性。
可靠性设计方法假定设计变量为随机变量，依据可靠度或失效概率进行设计，也称为概率设计。
相对于确定性的评价方法，可靠性设计方法不但能给出较准确的失效概率值，还可给出结构的设计参数敏感性分析结果。
本文应用ANSYS 概率设计模块PDS 的可靠性分析功能，采用蒙特卡罗法，以压力容器壁厚、压力载荷及材料的弹性模量作为随机输入变量，对压力容器的可靠性进行了分析。
2 ANSYS 的可靠性分析功能ANSYS 的概率分析的参数包括随机输入参数和随机输出参数。
随机输入参数指影响分析结果的结构和载荷数据，如弹性模量、载荷、结构几何尺寸等。
随机输出参数指有限元分析的结果，通常是随机输入参数的函数，如应力、应变等[1]。
基于ANSYS对某含有凹坑缺陷发酵罐的静力分析作者：时黛林国庆来源：《当代化工》2019年第11期Static Analysis of Fermentation Tank With Pit Defect Based on ANSYSSHI Dai， LIN Guo-qing*（College of Mechanical and Electrical Engineering， Jilin Institute of Chemical Technology，Jilin Province Jilin City 132022， China）在腐蝕环境下而形成的腐蚀凹坑是引起金属材料发生失效的主要形式之一，腐蚀凹坑形成后会导致裂纹的萌生及扩展，最终发生失效而缩短部件的使用寿命，通常虽然腐蚀速率较慢，但一旦腐蚀凹坑形成其点蚀速度却非常快，严重威胁着设备的安全运行。
本文中发酵罐主要应用在沼气工业中，其发酵物料主要为生活垃圾等带有腐蚀性的介质，所以随着发酵罐的运行和服役时间的推移，势必会在罐体上产生腐蚀等，很容易在罐体的内表面形成大量的腐蚀凹坑。
因凹坑缺陷破坏了结构的连续性，会使缺陷部位发生应力集中现象[1]，同时由于发酵罐在运行时其内部物料的一些物化特性变化而使发酵罐处于复杂的工作环境中，加大了凹坑处产生裂纹及扩展的可能性，使发酵罐的承载能力及安全性受到严重挑战。
因此，有必要对含有不同结构尺寸及数量的凹坑进行静力分析并进行安全评定。
发酵罐内表面的凹坑多数是因腐蚀而引起的，其表面粗糙不光滑，易引起应力集中，使安全性降低，因此在进行安全评定及应力分析前，首先应把凹坑尽量打磨光滑，使表面无明显的腐蚀迹象[2]，同时也要保证腐蚀凹坑从坑底到罐体内表面要过渡平缓，且不可出现急剧变化的截面，凹坑的数量以及相邻凹坑的间距都影响着发酵罐的使用寿命，对于同一条件下凹坑所引起的应力，其轴向排列的凹坑所产生的应力要明显高于环向排列的凹坑应力[3]，故本文主要针对轴向排列的凹坑进行研究。
压力容器ANSYS教程在本教程中，我们将使用ANSYS软件来模拟压力容器的行为。
压力容器是一种用于存储液体或气体的设备，它需要承受内部压力的作用。
正确的设计和优化可以确保容器在使用过程中能够安全可靠地工作。
1. 创建几何模型：打开ANSYS软件并选择适当的工作区。
使用几何建模工具来创建压力容器的几何形状。
可以使用各种几何建模操作，如拉伸、变换和旋转来构建容器的形状。
确保容器的几何形状符合设计要求。
完成后，保存几何模型。
2. 定义材料属性：选择适当的材料并为其定义相关的力学和弹性特性。
根据容器的材料选择合适的材料模型，并提供材料的弹性模量、泊松比和密度等参数。
这些参数将用于模拟压力容器的行为。
3. 设置边界条件：为了准确模拟压力容器的行为，我们需要设置适当的边界条件。
首先，选择容器的底部作为固定边界条件，并将其锚定在原点上。
然后，选择容器的顶部作为压力加载的边界条件。
根据设计要求，输入适当的压力值。
这将模拟容器内部的压力作用在容器壁上。
4. 生成网格：在模拟之前，需要生成适当的网格。
使用ANSYS的网格生成工具来生成具有适当网格密度的网格。
确保网格能够更好地表示容器的几何形状，并且在需要的区域具有更高的网格密度。
完成网格生成后，检查网格的质量并进行必要的调整。
5. 定义分析类型：选择适当的分析类型来模拟压力容器的行为。
常见的分析类型包括静力分析和动态分析。
在这个例子中，我们将进行静力分析，因为压力容器的行为可以看作是一个稳定的状态。
6. 进行分析：在进行分析之前，确保所有设置和边界条件都正确配置。
然后运行分析以模拟压力容器的行为。
分析结果将包括应力和应变分布、变形情况和位移等。
根据这些结果来评估容器的安全性和设计。
7. 结果分析和优化：根据分析结果进行结果分析和容器的优化。
如果分析结果显示容器的应力超过材料的极限或设计要求，则需要调整容器的几何形状或材料属性。
这个过程需要反复进行，直到满足设计要求。
基于有限元分析的储罐凹坑缺陷风险评估张伯君;崔媛智;文耀华;姜君【摘要】以某石化企业因碰撞产生凹坑缺陷的储罐为研究对象,应用有限元分析方法建立其有限元模型.基于第三强度理论,参考JB 4732—1995(2005年确认)《钢制压力容器——分析设计标准》中应力分类方法对罐体不同部位进行强度校核,并对该储罐进行风险评估,判断该凹坑的存在是否影响储罐的正常使用.【期刊名称】《化工装备技术》【年(卷),期】2019(040)004【总页数】4页(P35-38)【关键词】ANSYS有限元分析;凹坑缺陷;应力强度校核;风险评估【作者】张伯君;崔媛智;文耀华;姜君【作者单位】南京市锅炉压力容器检验研究院;南京市锅炉压力容器检验研究院;南京市锅炉压力容器检验研究院;南京市锅炉压力容器检验研究院【正文语种】中文【中图分类】TE9720 引言带缺陷压力容器或管道的安定性分析与风险评估研究，是目前我国化工设备安全性分析中的重要课题，具有十分重要的应用背景和研究意义。
压力容器壳体或管道上因多种原因形成的凹坑等缺陷，往往是导致设备失效的重要原因，危及容器或管道的正常工作及寿命。
因此，对该类凹坑缺陷进行科学分析和风险评估可有效避免事故发生。
但某些情况下凹坑缺陷的存在不会影响设备的安全运行，只需将设备凹坑部位打磨光滑，便可继续投入使用。
因此，在具体条件下判断分析出凹坑缺陷对压力容器或管道的强度影响及再使用可能性，可大量减少补焊工作，延长设备使用寿命，并节约大量成本。
1 国内外研究现状目前国内对压力管道或压力容器中的凹坑损伤缺陷研究正处于迅速发展中，邱橙之[1]利用ANSYS软件建立管道的有限元模型，模拟施痕物按压管道形成凹陷缺陷。
然后分析在各参数（管道内压、凹陷尺寸、管道尺寸）不同的情况下，凹陷深度与管道损伤程度的关系并对计算结果进行讨论，得出残余应力对凹陷管道疲劳寿命会产生影响的结论。
韩晓毅等[2]采用MSC/NASTRAN软件和MPC/PRIFIS在役压力容器、管道适用性评价软件对管道安全性进行评估。
