基于有限元分析的安全壳贯穿件的封头应力计算

封头计算方法范文封头是一种常见的管道连接部件，用于连接不同直径或不同规格的管道，实现管道的连接和转向。

封头的形状和尺寸根据具体的应用需求而定，在工业领域有广泛的应用。

封头计算是确定封头尺寸和厚度的过程，它涉及到材料力学性能分析和工程力学的运用。

下面将详细介绍封头计算的方法。

首先，确定封头的形状和类型。

封头的形状有很多种，例如平板封头、凸面封头、球冠封头、扁平封头等。

不同形状的封头对应不同的应力分布，因此需要根据具体的工程要求来选择适合的封头形状。

其次，根据工程要求和使用条件确定封头的材料。

封头常用的材料有碳钢、不锈钢、铝合金等。

不同的材料具有不同的物理力学性能，因此需要选择合适的材料来满足工程要求。

然后，进行封头受力分析。

封头在使用过程中会受到内压、外压和温度等多种力的作用。

通过受力分析，可以确定封头的最大应力和应变，从而确定封头的厚度。

接下来，计算封头的最大应力和应变。

根据封头的几何形状和受力情况，可以通过工程力学的方法计算出封头的应力和应变分布。

在计算过程中需要考虑材料的弹性模量、泊松比等参数。

最后，根据应力和应变的计算结果，确定封头的厚度。

封头的厚度需要满足强度和刚度的要求，通过对应力和应变的分析，可以确定封头的最小厚度。

除了以上的基本计算方法，实际的封头计算还需要考虑一些特殊因素，如焊缝强度的计算、腐蚀和磨损的影响等。

在进行封头计算时，需要综合考虑这些因素，确保封头的安全可靠性。

总结起来，封头计算是一项复杂的工程计算工作，它需要综合运用材料力学和工程力学的知识，结合具体的工程要求和使用条件进行分析和计算。

只有通过科学合理的计算方法，才能确保封头的设计和使用符合工程要求，并且具有良好的安全性和可靠性。

固体发动机壳体弹塑性问题的实验应力计算方法固体发动机壳体是航天器的重要组成部分，其强度和稳定性对于保证航天器的安全运行起着重要的作用。

在设计和制造固体发动机壳体时，需要进行弹塑性问题的实验应力计算，以评估其性能并进行必要的优化。

本文将介绍固体发动机壳体弹塑性问题的实验应力计算方法。

首先，固体发动机壳体的应力计算可以使用有限元方法进行。

有限元方法是一种数值计算方法，通过将实际结构划分为有限个小单元，然后利用数学模型和边界条件，求解每个小单元的应力和位移，从而获得整体结构的应力分布情况。

在固体发动机壳体的应力计算中，可以将壳体划分为多个小单元，然后采用有限元分析软件进行计算。

其次，固体发动机壳体弹塑性问题的实验应力计算需要考虑材料的本构关系。

壳体材料通常是金属材料，其弹塑性行为可以用各向同性的线性弹性模型和von Mises屈服准则进行描述。

根据von Mises屈服准则，壳体的屈服判据可以表达为：f = √[(σ1-σ2)^2 + (σ2-σ3)^2 + (σ3-σ1)^2 + 3τij^2] - σy <= 0其中，f为屈服准则；σ1、σ2、σ3为壳体各个主应力；τij为壳体剪应力；σy为屈服强度。

在实验应力计算中，可以通过施加不同的载荷和边界条件，来模拟固体发动机壳体在实际工作状态下的应力分布情况。

例如，可以施加压力载荷，模拟燃烧室内高压气体对壳体的冲击力；还可以施加温度变化载荷，模拟发动机在工作过程中的温度变化对壳体的影响。

通过实验应力计算，可以获得固体发动机壳体在不同工作条件下的应力分布情况，进而评估其性能是否满足要求。

最后，固体发动机壳体弹塑性问题的实验应力计算还需要考虑材料的变形特性。

在实验应力计算中，需要将壳体的应力与变形进行耦合。

可以通过引入壳体的几何非线性效应和材料的本构非线性效应，来模拟壳体在工作过程中的变形特性。

例如，可以考虑壳体的大变形，以及材料的塑性变形。

通过实验应力计算，可以获得固体发动机壳体在不同工作条件下的应变分布情况，进而评估其变形程度是否满足要求。

高压容器筒体与封头连接处应力分析1、问题描述某高压容器设计压力为P=16MPa，筒体内径为R=900mm，筒体壁厚为T1=100mm，封头壁厚为T2=48 mm，筒体削边长度L=95 mm，试对该高压容器筒体与封头连接区进行应力分析，并进行优化。

2、分析问题由于主要讨论封头与筒体过渡区的应力状态，故忽略封头上其他结构，建立如下模型，其中筒体长度远大于边缘应力衰减长度，此处取用体长度为Lc=1200 mm。

有限元采用PLANE82单元，并设定轴对称选项。

通体下端各节点约束轴向位移，球壳对称面上各节点约束水平位移，内部施加均匀压力面载荷。

3、分析过程1、环境设置（1）以交互模式进入ANSYS,在总路径下建立子路径，工作文件名取为wb（2）设置标题：执行Utility Menu>Change Title命令，弹出Change Title 命令，输入wb ，单击OK按钮，关闭对话框。

（3）初始化设计变量：执行Utility Menu>Paramerters>Scalar Paramerters命令，弹出Scalar Paramerters对话框，输入数据。

2、定义单元材料（1）定义单元类型：执行Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete命令，弹出Element Type对话框，单击Add按钮，弹出Library of Element Types 对话框。

（2）单击OK，退回至Element Type对话框。

（3）设置对称轴选项：在Element Type对话框中，单击Option按钮，设置PLANE82 element type options 选项，在Element behavior K3 下拉框中选择Axisymmetric，单击OK。

（4）定义材料属性：执行Main Menu>Preprocessor>Material Props> Material Model命令，弹出如下对话框：（5）单击Isotropic项，弹出如下对话框：3、创建模型（1）生成球壳部分子午面：执行Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Circle>PartialAnnulus命令，弹出如下对话框（左），生成图形（右）：（2）生成筒体子午面：执行Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Rectangle >By 2 Corners命令。

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。

你真的了解有限元分析中的“应力”吗Feaforall虽然在有限元分析中我们常常会用到软件后处理程序得出的应力值（stress），但其实应力有很多值得我们研究的地方。

如果我们把作用于物体的力产生的各处应力汇总起来，那么应力也就像流体分析CFD中的速度或者压力一样形成应力场“流过”物体，我们抓取感兴趣的地方来进行强度的评估。

然而，由于应力状态变化复杂，并不好在3D单元中进行可视化，所以我们更需要根据软件已有的功能来探究应力的意义。

1. 几乎所有的有限元分析结果中，默认的应力结果是冯米斯应力（Von Mises），冯米斯应力是一个标量结果，并没有力的方向性指示。

学过材料力学的应该知道还有一种应力是主应力（principle stress），主应力是矢量，某些情况下也是非常有用的，那么他们之间有什么区别？2.物理内部的受力在不同部位都不一样，我们怎样尽可能多的去研究内部力场的不同特性并且通过软件可视化出来呢？下面我们将探究上面的两个问题。

什么是应力？首先我们先说说什么是应力。

众所周知，应力（stress）是单位面积上作用的力（forces）。

我们并不好感知或者测量应力，但力（force）是实实在在的，我们可以很好的感知和测量。

物质总是由原子构成的，从原子的维度看，原子之间相吸或者相斥。

物体在没有受力的状态下，原子处于自然状态，所有的力互相平衡，如果物体受到外部力的作用，原子就会偏离平衡位置去寻找新的平衡位置来平衡外部力。

如下图所示，相同长度L上分别有两排5对的原子和两排6对的原子，如果假设原子之间的吸引力相同，那么单位长度上6对原子的应力要比5对的大，扩展到宏观的3D情形同样适用。

力和应力单元微积分学科的发展可以使我们通过数学运用无限（无限大或者无限小）的原理来处理很多实际问题，宏观物体的受力是微观单元的叠加。

在材料力学中，我们把一个无限小的立方体（cube）单元来描述某一点的受力情况。

为什么无限小呢？因为由于无限小，小到物体内部力是均匀的，没有应力变化，只有一种应力状态。

压力容器大开孔补强计算——等面积法、分析法和有限元应力分析法【摘要】首先对压力容器大开孔补强计算中涉及的应力特点及强度分析进行阐述，然后将目前存在的三种主要的补强计算方法的计算原理、特点等做了详细的介绍，并对三种不同的方法的优缺点进行比较总结，从而要求设计的容器更加符合安全、经济等多方面的要求，实现优化设计的目的。

【关键词】压力容器大开孔补强等面积法分析法及有限元应力分析法在设计者设计容器及压力容器的过程中通常都需要设计计算壳体的大开孔补强，GB150-2011即钢制压力容器中规定了容器壳体开孔范围，根据壳体的内径不同，分别作了明确地规定，当内径小于1500毫米时，开孔的最大直径要小于等于二分之三的内径，且不能大于520毫米；而当其内径大于1500毫米时，开孔最大直径则应当小于等于三分之二的内径，且其直径不能大于1000毫米。

本文中的容器的大开孔指的是超过以上范围的开孔。

现如今，主要是通过等面积法、分析法及有限元应力分析法三种方法计算压力容器大开孔的补强。

1 大开孔应力特点及强度分析对压力容器的壳体做开孔后，容器开孔的边缘会形成较为复杂的应力状况，以下是对会引起的三种应力的详细描述。

1.1 局部薄膜应力一般来说压力容器的壳体承受的都是一次总体薄膜应力，指的是它承受的薄膜应力是均匀的。

而对其进行开孔后，会导致其面积的减少，即该截面的承载压力的面积减少，将会破坏其原有的均匀受力的情况，对开孔的周边其变化尤为明显，其应力会明显的增加，而对远离开孔的地方，其应力则基本不受影响。

此种仅在开孔附近发生变化的应力被称为局部薄膜应力，同时若这种应力引起失效，则被称为静力强度失效。

1.2 弯曲应力当容器开孔后，一般需要有另外的一个壳体与被开孔的容器相互贯通。

即需要设置接管、人孔。

两个相连通的壳体在压力的载荷作用下的直径的增大度一般来说不同，而当对其进行接管后，为了平衡、协调其不一致的变形，壳体自身通常会产生一种被称为边界内力的平衡力。

套管头结构应力分析及评价摘要：采用有限元软件建立套管头整体有限元模型，计算套管头在不同工况条件下的应力。

得到了套管头壳体各部分及内部悬挂器的应力分布状态，依据给出的复杂应力评定标准对其进行强度评价，并计算出不同类型套管头的极限悬挂载荷，为套管头安全可靠的工作提供了技术保证。

结果表明，套管头最终悬挂载荷取决于套管头壳体自身因素、内部悬挂器承受的极限重量和套管自身的强度等三方面的因素。

关键词：套管头；有限元；应力；强度分析套管头是套管和井口装置的重要连接件，是安装井口防喷装置的基础。

套管头连接于表层管，悬挂除表层套管以外的其它套管，承受部分或全部的套管重量，套管头还密封各层套管的环形空间，承受套管环空的压力，具有重要的使用价值。

开展了不同工况条件下套管头力学分析，并对其整体及局部的应力进行应力分析及强度评价，得到不同工况下套管头的极限悬挂载荷。

一、整体套管头力学分析模型(1)建立有限元模型。

根据套管头结构特点和载荷特性，选择整个套管头为研究对象，同时考虑壳体开孔对其应力分布的影响、悬挂器螺纹和卡瓦牙在套管重量和内部压力作用下的局部分析，以及内部悬挂器与壳体的接触非线性行为，对套管头及其内部结构进行建模，建立了图1所示的实体模型和三维空间非线性有限元模型，以及悬挂器螺纹和卡瓦牙的局部轴对称模型，见图2。

(2)计算参数。

载荷：套管头受自重、内压、螺栓预紧力、悬挂器及局部悬挂套管作用，而局部套管受到内压和悬挂载荷作用。

边界条件：悬挂器与套管头壳体接触面为接触摩擦边界，表层套管下端为位移约束。

根据固井工艺及套管头承受载荷情况，选取最危险的两种工况对套管头进行应力分析；一级坐挂＋试压35MPa和二级坐挂＋试压70MPa。

二、套管头复杂应力评价标准套管头有限元统一的应力评定标准对套管头本体及内部构件进行评定。

参照SY/5127-2002标准，对于套管头本体的应力评定应将套管头本体的材料分为标准材料和非标准材料。