压力容器应力分析设计方法的进展和评述

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。

压力容器应力分析与安全设计
钢制压力容器 用材料许用应 力的取值方法
碳素钢或低合金钢>420℃，铬钼合金钢>450℃， 奥氏体不锈钢>550℃时，同时考虑基于高温蠕变极限
或持久强度
的许用应力
即
或
压力容器应力分析与安全设计
表9-2 钢制压力容器用材料许用应力的取值方法
材料
许用应力 取下列各值中的最小值/MPa
压力容器应力分析与安全设计
3. 对边缘应力的处理
若用塑性好的材料制造筒体，可减少容器发生破坏的危险 性。 正是由于边缘应力的局部性与自限性，设计中一般不 按局部应力来确定厚度，而是在结构上作局部处理。但对 于脆性材料，必须考虑边缘应力的影响。
压力容器应力分析与安全设计
第二节 压力容器的安全设计
压力容器设计是保障压力容器安全的首要环 节。压力容器设计从安全角度包括强度安全设计和 结构安全设计，两者都离不开正确选材，不同材料 的容器的承载能力与结构可靠程度是不同的。
碳素钢、低合金 钢、铁素体高合
金钢
奥氏体高合金钢
压力容器应力分析与安全设计
4、焊接接头系数——焊缝金属与母材强度的比值，反映容器 强度受削弱的程度。
焊缝缺陷
夹渣、未熔透、 裂纹、气孔等
焊缝热影响区晶粒粗大
薄弱环节
母材强度或塑性降低
影响因素
接头形式 无损检测要求及长度比例
压力容器应力分析与安全设计
焊缝系数的大小与材料的焊接性能、被焊母材的厚度、焊接 结构、坡 口型式、焊接方法、焊缝无损检测长度比例以及焊前 预热处理及焊后热处理等因素有关。目前我国《钢制压力容器》 中的焊缝系数主要依据焊缝结构、坡口型式、无损检测的要求等 确定。焊缝系数的选择见下表。

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。

线与平行圆走同一个圆；
r——平行圆半径； R1（经线在B点的曲率半径）——第一曲率半径； R2（与经线在B点处的切线相垂直的平面截交回转曲面得一平面曲线，该
平面曲线在B点的曲率半径）——第二曲率半径，R2=r/sinφ 考虑 壁厚，含纬线的正交圆锥面能截出真实壁厚，含 平行圆的横截面不能截出真实壁厚。
24
b. 球形壳体
压力容器应力分析
任一点M：p=ρgR(1-cosφ)
注：充满液体
25
经推导得：


gR 2
6t
(1 2 cos2 ) 1 cos


gR 2
6t
(5 6 cos 2 cos2 ) 1 cos


gR 2
6t
(5 2 cos2 ) 1 cos
t
gx
, 则
(0 gx)R
t
注：容器上方是封闭的
23
p0
t
R
σφ
σφ
径向朝外的p0相互抵消，产生σθ而与σφ无关，朝下的p0由筒底承担， 筒底将力又传给支座和基础，朝上的p0与σφ相平衡：
2πRtσφ=πR2p0
则

p0R 2t
若容器上方是开口的，或无气体压力（p0=0）时，σφ=0
薄壁圆筒 厚壁圆筒
Do/Di≤1.1 Do/Di>1.1
压力容器应力分析 t——壳体厚度 R——中间面曲率半径
Do——圆筒外径 Di——圆筒内径
3
2.1.1 薄壁圆筒的应力
压力容器应力分析
σφ ——经向应力（轴向应力）；σθ——环向应力（周向应力）σr— —径向应力，很小、忽略
4
压力容器应力分析

压力容器应力分析设计方法的进展和评述发表时间：2020-12-09T07:31:35.988Z 来源：《中国科技人才》2020年第23期作者：袁甜[导读] 对压力容器进行全面的设计与分析，是确保压力容器使用安全性以及促进其使用过程中的性能作用充分发挥的重要前提和基础。

中石油华东设计院有限公司北京分公司摘要：对压力容器进行全面的设计与分析，是确保压力容器使用安全性以及促进其使用过程中的性能作用充分发挥的重要前提和基础。

本文将结合压力容器使用过程中受载荷作用影响的应力与变形情况，针对压力容器的应力分析设计方法及其研究进展进行论述，以为有关实践及研究提供参考。

关键词：压力容器；应力分析；设计方案；研究进展；评述压力容器作为一种特种设备，主要用于液体、气体等的储存，并且它在使用过程中会承受一定的压力，对设备的安全性要求非常高。

因此，为确保压力容器的使用安全性，同时对压力容器使用过程中的性能作用充分发挥及其设计使用的安全寿命周期等进行保障，就需要加强对压力容器的设计分析与设计方法等进行严格控制和管理，从而避免各种压力容器设计与使用安全问题发生。

当前，为实现压力容器使用的安全性保障，对压力容器设计制造的结构合理性与制造简便性、使用可靠性、设计合理性、整体造价经济性等目标要求进行满足，我国有关部门也结合压力容器的设计制造和使用情况，进行了相应的标准、规范以及技术要求等制定，并不断从压力容器的设计制造和使用实际出发，对其进行改进和完善，为压力容器的设计制造和使用提供了较为全面依据和支持，具有十分积极的作用和意义。

下文将通过对压力容器使用过程中受载荷作用影响的应力与变形情况分析，针对压力容器的应力分析设计方法及其研究进展进行论述，以供参考。

1压力容器使用中受载荷作用影响的应力与变形情况分析结合压力容器的使用情况，其使用过程中所承受的载荷作用，主要是指能够对压力容器产生应力与应变作用影响的各种因素，比如地震载荷、压力作用以及风载荷等等，而压力容器的全寿命周期内所受到的载荷影响，主要表现由压力与非压力载荷、交变载荷等，在上述各种载荷作用中，压力载荷是最为基本的载荷因素，包含内压与外压载荷等，即对压力容器存在影响的绝对压力与表压。

关于压力容器分析设计中的应力分类方法发布时间：2021-12-28T08:54:25.672Z 来源：《中国科技人才》2021年第22期作者：李玲俐贾雪梅侯玮[导读] 并运用实例对应力分类展开了计算，最后提出一些意见，希望给压力容器分析设计中的应力分类带来积极的作用。

巴克立伟（天津）液压设备有限公司天津西青300385摘要：按照压力容器分析设计的标准，可把二维以及三维实体弹性有限元的计算应力分为三类，即一次应力、二次应力与峰值应力，于是本文就着重对这三类应力的原理展开了研究，并运用实例对应力分类展开了计算，最后提出一些意见，希望给压力容器分析设计中的应力分类带来积极的作用。

关键词：压力容器；分析设计；应力分类1 引言压力容器分析方法中的应力分类法最早是由 ASME 机械工程师协会于上世纪 60 年代纳入ASME VIII-2 中的。

我国最早也是在 JB4732-1995 中正式颁布了压力容器分析设计标准。

随着计算机技术的发展，使用有限元分析软件来进行分析设计已经被广泛普及和应用。

应力分类法主要以板壳理论中的应力分析作为根据，通过以线弹性分析的方法解决弹塑性结构的失效问题。

因为压力容器分析设计引入了应力分类，所以当设计人员计算好应力之后，还需根据结果进行分类，分为一次应力、二次应力以及峰值应力，每种应力的失效机制以及极限值均不同。

虽然具有特殊载荷在局部区域的应力分类，不过此分类主要是壳体理论的，无法直接用于二维以及三维实体弹性有限元当中。

目前二维以及三维实体有限元的应力分类方法还没有标准的原则，为此后文将通过对比分析法对几种应力分类进行综合阐述。

2 应力分类方法2.1 弹性补偿法（ECM）弹性补偿法也被称为减少模量法（RMM），此方法的应用原理为：降低高应力单元弹性模量、增加低应力单元弹性模量。

此方法是最先用于管道系统的应力分类方法，后来应用在压力容器当中。

减少模量法（RMM）在弹性有限元计算应力当中主要就是把模拟的非弹性响应和带有一次、二次特征的理想模型展开比较，进而分成一次应力与二次应力。

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。

压力容器应力分析设计方法的进展和评述压力容器在工业生产中的应用越来越广泛，但是压力容器在使用过程中会受到制作反应介质压力等多种荷载压力的影响，要想使压力容器在使用过程中能够发挥出最大作用，并且提高其使用寿命，需要合理设计压力容器的各种荷载，通过分析压力容器在荷载作用下的用力变形，提出相关的改进措施，有利于提高压力容器的经济效益。

标签：压力容器;应力分析;设计方法压力容器通常情况下是储存液体、气体的密封设备，在使用过程中需要承载一定的压力，因此对压力容器的安全性提出了更高的要求。

合理分析压力容器的应力分析和选择合适的设计方法非常重要。

在确保压力容器的正常使用的前提下，在最大程度上实现压力容器的经济目标。

我国根据压力容器的使用情况，出台了相关标准以及技术要求等。

不断对压力容器进行改进，使压力容器的设计，制造，检验以及使用等环节都能得到充分保障，实现了压力容器的迅速发展。

1压力容器概述1.1概念压力容器是指盛装气体或液体的设备，需要承载一定压力的密闭设备。

压力容器主要包括：储运容器、反应容器、热换器以及分离器。

1.2用途压力容器的应用非常广泛，压力容器在石油化工，能源工业，科研与军工等国民经济各个部门都是非常重要的设备。

压力容器一般包括筒体、封头、法兰、密封元件、开孔和接管、支座等部分组成。

另外，压力容器还配有安全装置、仪表设备以及配合生产工艺作用的内部原件，由于压力容器是密封、承压设备，因此在使用过程中容易发生爆炸，火灾等安全事故，从而造成人员伤亡和环境污染，因此需要合理运用压力容器，防止安全事故的发生。

2压力容器应力分析设计方法压力容器是工业生产中的重要工具，在工业生产中发挥着重要作用，但是压力容器在使用过程中也存在一定的危险性，会严重影响工作人员的人身安全以及周围环境，如果压力容器得不到较好利用，会造成严重后果。

压力容器应力是指受到外界因素的影响，在物体内部各种因素产生的相互作用，抵抗外因的作用，并试图使物体从变形后的位置恢复到原有位置，因此加强压力容器的应力分析是非常重要的研究课题。

安全管理编号：YTO-FS-PD389压力容器应力分析设计方法的进展和评述通用版In The Production, The Safety And Health Of Workers, The Production And Labor Process And The Various Measures T aken And All Activities Engaged In The Management, So That The Normal Production Activities.标准/ 权威/ 规范/ 实用Authoritative And Practical Standards压力容器应力分析设计方法的进展和评述通用版使用提示：本安全管理文件可用于在生产中，对保障劳动者的安全健康和生产、劳动过程的正常进行而采取的各种措施和从事的一切活动实施管理，包含对生产、财物、环境的保护，最终使生产活动正常进行。

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压力容器的使用范围非常的广泛，在此基础上，我们一定更加重视其使用的效果。

其中，压力容器应力分析是重要的工作，所以，讨论压力容器应力分析设计工作很有必要。

压力容器概述1.1.概念所谓的压力容器是指盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备。

贮运容器、反应容器、换热器和分离器均属压力容器。

1.2.用途压力容器的用途十分广泛。

它是在石油化工学、能源工业、科研和军工等国民经济的各个部门都起着重要作用的设备。

压力容器一般由筒体、封头、法兰、密封元件、开孔和接管、支座等六大部分构成容器本体。

此外，还配有安全装置、表计及完全不同生产工艺作用的内件。

压力容器由于密封、承压及介质等原因，容易发生爆炸、燃烧起火而危及人员、设备和财产的安全及污染环境的事故。

世界各国均将其列为重要的监检产品，由国家指定的专门机构，按照国家规定的法规和标准实施监督检查和技术检验。

分析设计方法在ASME老版中分析设计方法的全称是“以应力分析方法为基础的设计”,简称“应力分析设计”,再简称为“分析设计”。

编号：AQ-JS-09096( 安全技术)单位：_____________________审批：_____________________日期：_____________________WORD文档/ A4打印/ 可编辑压力容器应力分析设计方法的进展和评述Development and review of stress analysis and design methods for pressure vessels压力容器应力分析设计方法的进展和评述使用备注：技术安全主要是通过对技术和安全本质性的再认识以提高对技术和安全的理解，进而形成更加科学的技术安全观，并在新技术安全观指引下改进安全技术和安全措施，最终达到提高安全性的目的。

压力容器的使用范围非常的广泛，在此基础上，我们一定更加重视其使用的效果。

其中，压力容器应力分析是重要的工作，所以，讨论压力容器应力分析设计工作很有必要。

压力容器概述1.1.概念所谓的压力容器是指盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备。

贮运容器、反应容器、换热器和分离器均属压力容器。

1.2.用途压力容器的用途十分广泛。

它是在石油化工学、能源工业、科研和军工等国民经济的各个部门都起着重要作用的设备。

压力容器一般由筒体、封头、法兰、密封元件、开孔和接管、支座等六大部分构成容器本体。

此外，还配有安全装置、表计及完全不同生产工艺作用的内件。

压力容器由于密封、承压及介质等原因，容易发生爆炸、燃烧起火而危及人员、设备和财产的安全及污染环境的事故。

世界各国均将其列为重要的监检产品，由国家指定的专门机构，按照国家规定的法规和标准实施监督检查和技术检验。

分析设计方法在ASME老版中分析设计方法的全称是“以应力分析方法为基础的设计”,简称“应力分析设计”,再简称为“分析设计”。

它的特点是:2.1.要求对压力容器及其部件进行详细的弹性应力分析。

可以采用理论分析、数值计算或试验测定来进行弹性应力分析。

6.5化工容器的应力分析设计-Ⅱ各类应力强度的限制
13
第二节 化工容器的应力分析设计
三、分析设计法对各类应力强度的限制
(三) 安定性准则
(3)
1=2y 这是安定与不安定的界限。第一次加载
卸载的应力应变回线为OABC，这是不出现反向屈服 的最大回线，以后的加载卸载的应力应变循环均沿一 条最长的BC线变化，不再出现新的塑性变形，表现出 最大的弹性行为，即达到安定状态。与此对应的虚拟 应力1正好为2y，因此1≤2y 即为出现安定的条件。
3
第二节 化工容器的应力分析设计
三、分析设计法对各类应力强度的限制
(一)应力强度及基本许用应力强度 2．基本许用应力强度Sm
6.5化工容器的应力分析设计-Ⅱ各 类应力强度的限制
4
第二节 化工容器的应力分析设计
三、分析设计法对各类应力强度的限制
(一)应力强度及基本许用应力强度 3．应力强度的限制条件
10
第二节 化工容器的应力分析设计
三、分析设计法对各类应力强度的限制 (三) 安定性准则
含二次应力(Q)的组合应力强度若仍采用由极限载荷准则导出的1.5Sm来
限制则显得很保守。这是由于二次应力具有自限性， 只要首先满足对一次应力强度的限制条件(Pm≤Sm及PL+Pb≤1.5Sm)，则二 次应力的高低对结构承载能力并无很显著的影响。 在初始几次加载卸载循环中产生少量塑性变形，在以后的加载卸载循环 中即可呈现弹性行为，即结构呈安定状态。 但若载荷过大，在多次循环加载时可能导致结构失去安定。丧失安定后 的结构并不立即破坏，而是在反复加载卸载中引起塑性交变变形，材料 遭致塑性损伤而引起塑性疲劳。 此时结构在循环应力作用下会产生逐次递增的非弹性变形，称为“棘轮 现象”(Ratcheting)。

分析压力容器设计方法的进步摘要应用力学在推动压力容器设计方面发挥了非常积极的作用。

本文结合关于压力容器设计方法进步的真实案例，分析了应用力学对于压力容器的积极价值，并给出了推动我国压力容器设计快速发展的相关建议。

关键词压力容器设计；应用力学；分析设计；设计规范中图分类号th490 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2013）83-0095-010 引言为了推动我国压力容器的快速发展，提高我国自行设计压力容器的技术水平，我国工业领域在上个世纪70年代意识到应用力学理论对于压力容器设计的重要价值，并开始着手做相关方面的工作。

经历将近40年的努力之后，我国在压力容器设计方面取得了显著的成绩和巨大的进步。

1 基于真实案例的压力容器设计方法进步分析1.1 圆柱壳大开孔接管应力分析设计方法的进步性在多种荷载共同作用于圆柱壳开孔接管时，又因支管与主壳相互连接的部位几何结构不连续，相贯区域产生应力集中。

一旦设备发生破坏，则这些部位就成为灾害性事故的原发部位。

所以迫切需要借助相关科学理论来分析圆柱壳开孔接管的应力情况。

以此为基础来实现对压力容器的合理设计，才能确保压力容器安全有效地运行。

不论是欧洲采用的“压力面积法”还是我国采用的“等面积补强法”，均只适用于较小开孔率且容器受内压空旷的情形下。

目前在数学和应用力学理论方面需要解决的问题便是寻找大开孔率下的薄壳理论解。

经过专家多年的不懈努力，我国在薄壳理论解方面获得了相对于前人的重大突破。

其表现为：首先圆柱薄壳方程采用经过修正之后的morley方程，放弃了以往采用的简化扁壳方程。

经过修正的morley方程不仅能够有效对开孔问题进行求解，还能够保证较高的精度[1]，该解的精度提高到了薄壳理论的精度o（t/r）量级。

其次以往因为精确连续条件以及复杂精确方程而导致的诸多数学难题得到了有效的克服，获得了外载和内压作用下的圆柱壳开孔接管的薄壳理论解。

无论是三维有限元解，还是近年来在国际上发表的相关试验结果，均对该理论解的高度可靠性进行了有力证明。

设计标准的多样化 不同国家和地区对压力容器的设 计标准和规范存在差异，导致设 计过程中需要考虑多种因素和标 准。
未来的发展趋势与展望
智能化和自动化技术的应用
随着人工智能、大数据和云计算等技术的发展，压力容器应力分析将 更加智能化和自动化，能够提高分析的精度和效率。
多物理场耦合分析的深入研究
未来将进一步加强对多物理场耦合效应的研究，以更准确地预测压力 容器的复杂行为。
实验法能够提供实际工况下的应力数据，但实验条件难 以完全模拟实际运行环境，成本较高。
有限元法适用于复杂形状和边界条件的压力容器分析， 计算精度较高，应用广泛。
根据实际需求和条件选择合适的分析方法，综合运用多 种方法进行压力容器应力分析是发展趋势。
03
压力容器应力分析的步骤
确定分析目的
确定压力容器应力分析的目的，是为 了评估容器的强度、刚度和稳定性， 还是为了优化设计或解决特定问题。
案例三：某压力容器优化设计
案例概述
某压力容器在设计阶段，需要进行优化设计 以提高其性能和安全性。
结果展示
通过图表和数据，展示优化后的压力容器在 性能和安全性方面的提升情况。
分析方法
采用优化设计方法，对压力容器的结构、材 料和工艺进行多目标优化。
结论
根据分析结果，评估优化设计的可行性和效 果，并提出相应的改进建议。
案例一：某压力容器应力分析
案例概述
某压力容器在正常工作条件下，需要进行全 面的应力分析以确保其安全运行。
分析方法
采用有限元分析方法，对压力容器的各个部 件进行详细的应力分布计算。
结果展示
通过图表和数据，展示压力容器在正常工作 条件下各部件的应力分布情况。
结论
根据分析结果，评估压力容器的安全性能， 并提出相应的优化建议。

其设计准则有两条， 如下： （ １ ） 塑性 失效准 则， 即只有 当结构 沿厚度 方向全部屈服的时候， 结构 才会失效。 （ ２ ） 疲 劳 失效 准 则 ， 即一 定循 环 应 力作 用 下 的 构 建 ， 只 有 其 循 环 次 数 超过允许的最大循环次数的时候， 才会发 生疲劳破坏。 分析设计的设计方法有着较为明显的先进性， 主 要 可 以从 以 下几 个 方面来看： （ １ ） 该方法应用 了电子计算机技术 以及 实验测试技 术 ， 对 于复杂结 构的压力容器 整体 ， 包括任何不 连续的区域 ， 都可 以作出详细 的弹性应 力分析 以及计算 。 （ ２ ） 该方法采用虚拟应 力概念， 更 方 便 呃 对 高 应 变 区 域 作 出 弹 性 分 析。 （ ３ ） 该方法按照不同性质的应力分类以及失效形式给予不同的 限制 条件 ， 机械 应力 以极限载荷为 界限， 不连续应力或是热 应力 以安定载荷 为界限， 当反复受载需作疲劳分析时， 以疲 劳试验应力幅为界限。 （ ４ ） 该方法充分考虑 了超 出弹性范 围以后 结构 的塑 性行为 ， 改变传 统 的弹 性失效准则 ， 引入 了安定分析 以及极 限分析 的概 念 ， 采 用了塑性 失效的设计准则， 提 高了设计实效 。
引 言
压力容器是储存液气、 气体等 的密 闭设备 ， 承载一定 的压力 ， 这对其 安全性提 出了很高 的要求 ， 因此 ， 应力分 析及合理先进 的设计 方法必不 可少 。目前 ， 为 了在确保压力容器在使用过程 中安全可靠的前提 下， 达 到 易于制造 、 结构合理 、 设计先进、 使用可 靠以及造价经济等 目标 ， 我 国根 据压力容器的具体情况 ， 出台了相关 的标准 、 规范 以及技术条件等 ， 并 ３ 交 变 载 荷
交变载荷 是指其大小和方 向随着 时间变化而变化 的载荷。例如 由往 复式压 缩机引起的压力波动 、 容器零件之 间的温度 差变化 、 液 体波动 引 起 的荷 载 变 化 等 等 。

压力容器应力分析和设计优化摘要：以往的压力容器在设计以及制造过程中会面临着许多问题，这些问题的存在会导致生产成本增加，压力容器制造出来后难以适应当前的工作环境等。

基于以上几个方面，本文作者利用有限元分析的原理，对压力容器的设计方法进行优化。

通过执行这一过程，先是根据有限元法的基本原理，分析压力容器各个部分的特点，将所得到的分析结果转化成一些有用的数据，接着根据优化设计方法对数据进行相应的整合，最后便可以获得符合标准性能指标的实际设计数据。

通过一定的实践证明，利用有限元分析的优化设计方法，可以针对不同的实际情况进行相应的处理，从而获得较好的效果。

关键词：压力容器；应力分析；优化设计一、优化设计基本原理何为优化设计，顾名思义就是从可选择的范围内选取最合适的设计方案。

对于优化设计，现阶段人们逐渐开始对其进行深入研究，因为这种方法对于人们解决复杂问题有着重要的意义，它能够指导人们快速地从一些既定的可选设计方案中选择出来最合适，同时又能符合实际情况特点的设计方案，因此在当前的工程项目的建设或者产品的设计方面应用越来越广泛。

将数学规划和计算机技术中的一些原理方法进行结合，便产生了目前人们所说的优化设计，这种优化设计的具体特点如下：通过将所需要设计的产品的相应性能指标、结构指标以及一些其他较为重要的指标转化为相应的自变量函数，当然这些自变量都有其相应的限定范围，这就需要根据预期所设计产品的具体形态以及所要具备的功能要求，利用相应的数学理论将这些限定条件转化为对应自变量的区域，从而确定出较为合理的自变量取值范围，更好的服务于后续的计算过程；最后，根据相应的理论知识，选择合适的变量组合方法，利用相应的算法，从而在自变量的限定范围内获得目标函数的最优值。

在进行优化设计时，要利用到数学中经常用到的方法，即数学建模；将实际情况中的问题转变为经过优化设计后的数学模型，经过一定的方法确定了自变量、自变量的限定范围以及相应的自变量组合方法之后，在进行最优值的计算。

按应用情况
反应压力容器（Ｒ）完成物理、化学反应，如反应器、反应釜、分解锅、聚合釜、变换炉等； 换热压力容器（Ｅ）热量交换，如热交换器、管壳式余热锅炉、冷却器、冷凝器、蒸发器等； 分离压力容器（Ｓ）流体压力平衡缓冲和气体净化分离，如分离器、过滤器、缓冲器、吸收塔、干燥塔等； 储存压力容器：（Ｃ，球罐为Ｂ）储存、盛装气体、液体、液化气体等介质，如各种形式的贮罐、贮槽、高位槽、计量槽、槽车等。
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压力容器的结构图
零部件的二个基本参数：公称直径DN
对于用钢板卷制的容器筒体而言，其公称直径的数值等于筒体内径。 当容器筒体直径较小时，可直接采用无缝钢管制作时，这时容器的公称直径等于钢管的外径。 管子的公称直径（通径）既不是管子的内径也不是管子的外径，而是一个略小于外径的数值。 见P181 表14-1压力容器的公称直径DN
球形壳体
球壳R1＝R2=D/2，得： 直径与内压相同，球壳内应力仅是圆筒形壳体环向应力的一半，即球形壳体的厚度仅需圆筒容器厚度的一半。 当容器容积相同时，球表面积最小，故大型贮罐制成球形较为经济。
圆锥形壳体
圆锥形壳半锥角为a，A点处半径为r，厚度为d，则在A点处：
圆锥形壳体
锥形壳体环向应力是经向应力两倍，随半锥角a的增大而增大；a角要选择合适，不宜太大。 在锥形壳体大端r=R时，应力最大，在锥顶处，应力为零。因此，一般在锥顶开孔。
工程上常用的应力分析方法：
有力矩理沦：不仅承受拉应力，还承受弯矩和弯曲应力； 无力矩理沦：只承受拉压应力，不能承受力矩的作用 无力矩理沦有近似性和局限性，其误差在工程计算允许的范围内，计算方法大大简化，该方法常被采用。 应用条件：
圆筒的应力计算
作用力： 由内压作用在端盖上产生轴向拉应力 ，称为经向应力或轴向应力； 由内压作用使圆筒向外均匀膨胀，在圆周切线方向所产生的拉力称为环形应力或周向应力，用表示 常为薄壁容器，筒壁较薄， 可认为 是均匀分布的，径向应力 可忽略不计

压力容器应力分析设计方法的进展和评述发布时间：2021-09-06T15:00:53.153Z 来源：《科学与技术》2021年12期4月作者：樊军康[导读] 压力容器是用来承装液体或者气体的一种容器，整体呈现密闭性，压力容器樊军康博思特能源装备（天津）股份有限公司；天津市摘要：压力容器是用来承装液体或者气体的一种容器，整体呈现密闭性，压力容器的设计方式有两种，分别是规则设计（又称常规设计）以及应力分析设计，本文对压力容器应力分析谈一点看法，并对其设计进行一定的阐述。

关键词：压力容器；应力分析；方法评述引言：随着社会经济的不断发展，我国的综合国力水平也在不断的提升，国家面对更大的竞争挑战。

压力容器最常应用在石油或者化工企业中，对国家的生产生活带来很大的帮助，所以合理的设计压力容器就十分重要了。

压力容器设计得不合理就有可能会对安全造成很大的影响，压力容器内装的易燃易爆有毒物质会危害人的生命健康与安全，造成企业的经济损失。

一、应力分析设计方法压力容器是在工业的制造生产中常用的一种工具，在工业的发展中起到了重要的作用，因为压力容器的存放物有时是易燃易爆或者有毒的物质，所以具有一定的危险性，对工作人员的人身安全有一定的影响，对环境也会产生一定的影响，压力容器的损坏会产生很严重的后果。

所谓的压力容器应力是指材料内部的一种的力量，在周围生产环境的影响下，工作条件的变化会使材料内部产生相互的作用力，这种力的产生能够抵抗外部的因素，使容器恢复变形之前的状态。

应力分析设计方法就是对应力所产生变化进行分析，以应力为基础进行的设计，应力分析设计方法包括了几个方面。

首先，可以采用一定的方法对压力容器进行弹性的应力分析，一般会采用三种方法，有理论分析方法、数值计算方法以及试验测定方法这三种，对弹力的计算结果相对的正确。

其次，为了防止循环失败可以采用极限载荷控制应力，或者采用安定载荷控制一次加二次应力，还有第三种方法就是使用疲劳寿命来对最大的总应力进行控制，这些方法还能够防止整体的塑性垮塌失效。