ANSYS压力容器应力分析中

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。

! ***************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。

《 备制造 技术 ）ｏｏ年第 １ 装 ２ｌ ２期
基 于 ＡＮＳ ＹＳ的压 力 容 器 应 力 分 析
龙 志勤 ， 志刚 王
（ 东石 油化 工学院 力学实验 中心 ， 广 广东 茂名 ５ ５ ０ ） ２ ００
摘 要 ： 压力容器的设计过程 中， 用 Ａ Ｓ Ｓ 在 利 Ｎ Ｙ 有限元软件进行应 力分析 ， 获得 了压力容 器的最 大应 力和应 变， ＮＳ Ｓ分析 结果与 Ａ Ｙ
图 １ 有限元模型 图 ２ 整体变形
ห้องสมุดไป่ตู้
工作 温度 ４ ｏ ０Ｃ； 压力 容器壳体材料 密度 ７８ ０ｋ／ ０ ｇ ； ｍ
物 料 密度 １ ８ ｇｍ ； ０ｋ／ ３ ０
３ 结果 分析
３ １ 整 体 变 形 分析 ．
在鞍座处 ， 一端采用 固支约束 ， 另一端采用简支约束 ； 壳体 材料 为 ｏＣ ｌＮ ｌ ，屈服强 度 １７Ｍ ａ ｏ ｒ９ ｉ０ ７ Ｐ ，抗 拉强度 ４ ０ＭＰ ， ８ ａ 弹性模量 ２×Ｉ Ｐ ， Ｉ Ｍ ａ 泊松 比 ０３ Ｙ ．； 不考虑 容器两端 的封头 ，在容 器与封头相连接 的横 截面 上作用着等效轴 向拉力 ， 其数值为 ８ ７Ｍ ａ ． Ｐ ； ５
压力 容器是石油 化工 、 机械 、 轻工 、 品等多种工 业领域 食
中广泛使 用的承压容器设备。 压力 容器的设计 ， 目前可分为规 则设计和分析设计两种。 规则 设计的理论基础 ， 是材料力学 和板壳理论 ， 以弹性失 效为设计 准则【 Ｉ Ｊ 为容器只有处 于弹性阶段才是安全 的 ， 。认 如 果容器 内某点 的最 大应力 达到或超 出材料 的屈服极限 ，就认 为容器失效。按这种方法设计 的容器 ， 是偏于安全 的， 设计结 果 比较保 守。 分析设计 的理论基础 ， 板壳力学 、 是 弹塑性理论及 有限元

总 685 期第二十三期 2019 年 8 月
河南科技 Henan Science and Technology
工业技术
基于 ANSYS Workbench 的不同形式 压力容器封头的应力分析
邵海磊 郭海伟
（郑州四维新材料技术研究院有限公司，河南 郑州 450000）
摘 要：本文运用 ANSYS Workbench 有限元分析软件对储氢罐压力容器在单位压力（1MPa）下的应力状态进
由图 5 可以看出，径向应力在筒身部分几乎保持不 变，封头部分出现应力集中现象。随着椭圆半轴的增加， 封头呈球形时，筒体部分的径向应力保持不变，椭圆封头 上接近筒身的连接点处的径向应力逐渐减小，并且在封 头为球形时，封头与筒身的径向应力相等。随着椭圆半 轴的长度大于筒身半径，封头部分的径向应力又开始逐 渐变大。
由图 6 可以看出，内壁上切向应力的分布呈“W”形， 切向应力在筒身部分基本保持不变，在与封头的接触处 逐渐减小，过了连接点后快速增加，然后急剧下降，再趋 于稳定，在连接点处存在应力集中现象。随着椭圆半轴 的增大，应力集中现象逐渐减小，在身与封头上的切向应 力分布也越均匀。
Abstract: This paperused ANSYS Workbench finite element analysis software to analyze the stress state of hydrogen storage tank pressure vessel under unit pressure (1MPa), and obtainedthe stress distribution on the inner wall of the cylinder and the head under elliptical head and spherical head. At the same time, the radial, tangential and circumfer⁃ ential stresses of the elliptical head pressure vessels with different half-axis lengths were calculated, and compared with the stress distribution of the spherical head, the form of the head with good stress distribution was obtained. Keywords: pressure vessel；dish head；stress analysis；ANSYS Workbench

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。

ｔ ｉ ｇ ｕ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ． Ｔ ｈ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｓ ｐ ａ ｒ ｔ ｉ ａ ｌ ｒ ｅ ｌ ｉ ａ ｂ ｌ ｅ ａ ｎ ｄ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｂ ａ ｓ ｉ ｓ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｖ ｅ ｓ ｓ ｅ ｌ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ
ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ： ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｖ ｅ ｓ ｓ ｅ ｌ ； ｆ ａ ｔ ｉ ｇ ｕ ｅ ａ ｎ ｌｙ ａ ｓ ｉ ｓ ； ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ａ ｓ ｓ ｅ ｓ ｓ ｍｅ ｎ ｔ ； ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ；ＡＮＳ ＹＳ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ｒｅ ａ
图 １
３ 应力分析
收 稿 日期 ：２ ０ １ ４ — １ ２ — ２ ６
根据缓 冲罐 的结构 ，支撑部 分采用可调 节 的
５ ２ｉ 瓣
２ ０ １ ５ 年Ｏ ｌ 期（ 总第 ２ ４ ９ 期） ●
的安 全 ，有 必 要 对 应 力 集 中 ，结 构 不 连 续 位 置进
泊松 ｆ ＝ ＝ ０ ． ３ 。结构简图见图１ 。
行应力分 析 、评定 ，并作相应 的疲 劳分析 ，进 而
实现其 高的可靠性和高的安全性 的 目的。
２ 结构参 数
本 文模 拟 的是 某往 复压缩 机 的排气 缓 冲器 ，
１ 引言
压力 容器是 涉及 多行业 、多 科学 的综合 性 、 通用性 产 品 ，在压力 容器常 规设计 １ ＭＰ ａ ，设 计 温 度 Ｔ ＝ １ ５ ０ ｏ Ｃ，腐 蚀

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。

Ｃ ｂ ＝ ｃ ｂ （ ｘ ｌ ， Ｘ ２ ， … Ｘ ） ＝ ０ （ ｂ ＝１ ， ２ … ， ｍ）
Ｘ＝［ ｘ １ ， Ｘ ２ … ． ｘ 】
影响 ； 总体 结构 不连续性 指的是 几何形 状的不 连续 ， 这种 不连 续 性会使结 构在较大 范 围内发生 明显 的形变 。 因受到 载荷作用
求， 而且 还需 其能有 效满 足经 济性这 一要 求 ， 由此 我们可 以看
１有限元软件Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 的低温压力容器应力分析
（ １ ） 非 连续 区 内的局部 应 力分析 因一 些工程 施 工需要 ，
压 力容 器会 存在一定 的非连续性 。 这种 不连续 的区域通 常可分
为 两大 类 ： 一种是 局部结 构连 续 区 ， 另一 种是 总体结 构不连
Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ在低温压力容器应力分析与优化设计中的应用
范忠清（ 山东省轻工业设计院 ， 山东 济南 ２ ５ ０ ０ ２ ２ ）
摘要 ： 本文主要 阐述 了 有 限元软件Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 在低 温压力容 器应 力分 析以及优化设计 中的应用 ， 之后验证 了有限元软件Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 被应用在 低 温压 力传 感器以及优化设计 中实用性 ， 为未来的低温压力容器应力分析 以及优化设计来说具有一定的借鉴意义。
一
有 限元ＡＮＳ Ｙｓ参 数设 计 的语 言的 应用 给压 力容器 的优 化设 计带 来 了极大 的便利性 ， 一般情 况 下压 力容器 的壁 厚、 构 件 尺寸 、 重量 以及 体积 等都能 被转 化为 可优化 的对 象 。 在实 际 应用 中 ， 为 能解决优化 问题 ， ＡＮＳ Ｙ Ｓ程序提供 了两种可以优 化
的影 响 ， 非 连续 区域 十分 容易 变成压 力容 器失效 的原 因。 但是 不论是 局部 结构不 连续 区还是 总体结 构不连续 区 ， 确 定其理论

图3 边界条件约束
沿压力容器内壁施加压力P（P=12.0Mpa）， 在压力容器的封头处，法兰对压力容器的作用力 可以当做一个集中力F处理，（其中F=-81000 N 方 向向下）。施加载荷后的压力容器有限元模型如 图4所示。
图4 施加载荷
4 查看分析结果
压力容器受内部压力与外部机械载荷的综合 作用，这两类载荷在较长时间段内可以是固定不 变化的或者变化很小的，所以仅需要对压力容
5 沿内外壁的应力分布
在压力容器的应力分析中，通常所关心的是应 力沿壁厚的分布规律以及大小。从应力云图不能详 细的获得沿压力容器壁厚各个关键点的具体应力 值，也不容易直观的获得沿压力容器壁厚的各个关 键点的应力变化情况。所以需要沿压力容器壁定义 相应路径。为了具体比较和分析沿压力容器内壁和 外壁的应力分布情况，本文中分别沿压力容器内壁 创建路径Path-1,沿压力容器外壁创建路径Path-2。 应力沿压力容器壁厚分布如图7和图8所示。
从沿压力容器内壁（Path-1）应力分布图可以
【下转第5页】
图9 模具三维虚拟拆装单机版执行情况
3 结论
基于Solidworks软件进行了模具的三维建模，
利用Eon Studio软件实现了模具的虚拟拆装，并 通过Visual Basic6.0软件进行开发，实现了模块集 成，建立了模具虚拟拆装系统。该系统的实现为 设计的更改和优化提供了制造依据，也为实验教 学提供了分析工具和辅助手段。在一定程度上实 现了模具立体化教学，为学生自主学习能力的开 发提供了理论平台。
参考文献：
[1] 王岚.虚拟现实EONStudio应用教程[M].天津:南开大学 出版社,2007.
[2] 罗陆峰,文领,徐超辉.基于Eon Studio模具虚拟拆装系统 开发[J].煤矿机械,2012,33(6):263-265.

基于ANSYS的典型压力容器应力分析设计基于ANSYS的典型压力容器应力分析设计2010年第3期（总第136期）【摘要】研究从工程实践应用需求出发，采用ANASYS9.0有限元软件对容器进行详细的应力分析计算，对不同类别的应力进行分类和强度评定。

应力强度满足分析设计标准，确保了容器的安全可靠性。

【关键词】应力；强度；压力容器；分析设计；有限元1研究的目的和意义过去，压力容器及其部件的设计基本采用常规设计法,以弹性失效准则为基础，材料的许用应力采用较大的安全系数来保证，一般情况常规设计仅考虑容器壁厚中均匀分布的薄膜应力，不考虑其他类型的应力，如局部高应力和边缘应力均不考虑等,常规设计不讨论由此而产生的多种失效形式。

分析设计以塑性失效和弹塑性失效准则为基础，并引入安全寿命的概念，对具有循环加载特征的部件进行疲劳分析。

比较详细地计算了容器和承压部件的各种应力，对应力进行分类，再采用不同的应力强度条件给予限制[1]。

本课题研究的目的是对石油化工生产中广泛使用的典型压力容器进行应力分析，应用ANSYS软件编写参数化设计程序，对典型压力容器中的筒体、椭圆形封头、锥形封头，开设人孔、接管等进行应力分析，为压力容器的分析设计提供一种比较通用的设计方法。

2钢制压力容器设计的两种规范GB 150－1998《钢制压力容器》是以弹性失效准则为理论基础，导出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，将其限制在许用应力值以内，即可确定容器的壁厚。

在标准所规定的适用范围内，按标准要求所设计、制造的容器是安全可靠的。

JB 4732－1995《钢制压力容器——分析设计标准》是以弹塑性失效准则为理论基础，应用极限分析和安定性原理，允许容器材料局部屈服，采用最大剪应力理论，以主应力差的最大值作为容器发生垮塌和破坏的依据。

标准要求对容器所需部位的应力作详细计算，并进行强度评定和疲劳分析。

3典型钢制压力容器设计案例分析3.1 设计条件3.1.1 压力容器设计结构尺寸参数本案例选择石油化工生产中的典型压力容器进行应力分析设计，如图1所示。

对几条路径做线性化处理可以得到薄膜应 力、弯曲应力和峰值应力。图6中虚线表示局部薄 膜应力P L为一次应力，点线表示弯曲应力包括一 次弯曲应力P b和二次弯曲应力Q ，实线表示一次应 力和二次应力之和。表1所示为各个路径最大应力 处的线性化处理结果。
图4 总体变形图
2.5 应力评定 如图3所示整体最大应力发生在接管连接处的
3 结论
（1）模型局部结构复杂，必须通过实体的划 分才能满足六面体方式的网格划分，采用局部细 化的方式将焊缝结构的网格细化。网格的划分质 量对最终的计算结果影响很大，常常会有成倍的
◆参考文献 [1] 韩敏.利用ANSYS软件对压力容器进行应力分析[J].煤矿
机械，2008，29(1)：73-74. [2] 范念青.基于ANSYS的压力容器的分析设计演示[J].中国
图2 网格划分
2.4 施加边界条件并求解 有限元分析的目的是了解模型对外部施加
载荷的响应。正确地识别和定义载荷，并有效地 实现仿真加载，是运用有限元分析工具的关键一 步。模型受到的载荷有内压、外压以及重力和支 撑力。考虑到重力和外压相对内压的影响较小， 可忽略不计。因此，只对筒体和接管内表面施加 设计压力载荷P=0.55MPa，对称面施加对称约束， 筒体端面施加轴向平面载荷，另一端面限制轴向 运动。接下来进入求解处理器对模型求解，得到 并显示第三强度最大切应力（Stress Intensity）云 图，如图3所示。图中应力大小分别用不同颜色表 示，其中红色表示应力值最大，蓝色表示应力值 最小，从图中可看出最大应力224.05 MPa出现在
（3）根据JB4732-95进行应力分类，不考虑 疲劳破坏的影响，接管的受力情况可分为一次和 二次应力的影响，一次加二次应力最大处129 MPa 满足分析设计的强度要求。

力， 将其限制在许用 值 以内 ， 即可确认 容器 的壁厚 。对 容器局 部
区域 的应力 、 高应力 区的应 力不做精 细计算 ， 以具体 的结构形 式 限制 ， 在计算公 式中引入适当的系数或降低许用 应力等方法 予 以 控制 ， 这是一种 以弹性失效准则为基础 ， 按最大主应 力理论 ， 以长
基 于 Ａ Ｓ Ｓ的 力 容 器 应 力 分 析 ＮＹ 压
许 杰
摘
王毓 彬
王 斌
要： 通过 Ａ Ｓ Ｓ软件模拟 ， ＮＹ 得到模型在压 力载荷下的数值 计算结果 ， 选择 多条具有代表性的路径 ， 应力线性化 ， 得到
主要应力、 主要应 力 ＋次要应 力等各项指标 ， 与规 范进行 比较 ， 确保 了容 器的安全可靠性。
・
２４・ ４
第３ ８卷 第 ６期 ２０１２年 ２月
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮ Ａ ＸＩ ＲＣＨＩＥＣ ＵＲ Ｔ Ｅ Ｉ
Ｖ０ ． ８ Ｎｏ ６ １３ ． Ｆ ｂ ２ ２ ｅ ． ０１
文章编号 ：０ ９６ ２ （ ０ ２ ０ — ２ ４０ １０ —８ ５ ２ １ ）６ ０ ４ —２
对于压力容器的应力分析 ， 重要 的是得到应力 沿壁厚 的分布
操 作 压 力／ ａ ＭＰ 设计 温 度 ／ ℃ 筒体 内 ｍｍ
一０ Ｏ４ ．４ １０ ５ ６ｏ ０
值 பைடு நூலகம்力 （ ） Ｆ 。
筒 体 外 径／ ｍｍ
腐 蚀 裕 量／ ｍｍ
６ ９５ ｏ ．
０５ ．
规律及大小 ， 可采用 沿壁厚方 向的“ 校核 线” 来代替校 核截面 。而
基 于弹性力学理论的有限元分析方法 ， 是一种对结 构进行离 散化 １ 压 力容 器的应 力分析 后再求解 的方法 ， 为了获得所 选“ 校核线” 上的应力分布 规律 及大 １ １ 模 型 以及 载荷 ．

图 2 定义路径的菜单
在定义路径后, 退出路径定义菜单, 回到 路径操作 (Pa th O p era tion) 菜单下, 选择 R eca ll Pa th 项, 将出现一个对话框, 用户可以在该对 话框中指定要对哪个路径进行操作。 在确定好 路径 (或校核线) 后, 就可以对该路径上结点的 计算结果进行线性化处理。
关键词 应力分析设计 AN SYS 软件 压力容器 应力分类 有限元方法
1 引言
压力容器是化工、 石油化工、 机械、 核工 业、 航天、 轻工、 食品、 制药等多种工业中广 泛使用的承压设备。 目前压力容器及其部件的 设计可分为基于弹性失效准则的 “规则设计”
(D esign by R u le) 和基于塑性失效准则的“分析 设计”(D esign by A na ly sis)。其中分析设计法 是工程与力学紧密结合的产物, 它不仅能解决 压力容器常规设计所不能解决的问题, 而且代 表了近代设计的先进水平。 我国分析设计规范 是 在美国A SM E 锅炉及受压容器规范第八卷
文本方式
图 1 操作流程图
映射方式 (M app ed) 划分单元, 则离散单元比较 规则, 采用单元结点方式定义路径既快又简单。 若采用自由方式 (F ree) 划分单元, 某些地方的 单元可能不规则, 则必须采用其他两种方式, 但 所得结果是通过对与定义路径相近的结点或单 元计算结果值进行外插值而得到, 该结果可能 存在一定的偏差。 建议在应力分析设计中, 要 尽力采用映射方式划分结构单元, 以保证所得 结果的精确度。 同时在定义路径时, 要给所定 义的路径指定一个名称, 不同的路径最好采用 不同的名称。该路径名在用户退出后处理器后, 将会自行取消。
2 基于应力的设计过程

ANSYS压力容器应力分析中，列表应力名称问题1. ** MEMBRANE ** 代表PL？2. ** BENDING ** 代表PB？3. ** MEMBRANE PLUS BENDING ** 代表PL+PB？4. ** PEAK ** 代表F？5. ** TOTAL ** 代表注：（因为JB4732中规定，判定各种应力许用极限的参数有一次总体薄膜应力强度 SⅠ（由Pm算得）；一次局部薄膜应力强度SⅡ（由PL算得）；一次薄膜加一次弯曲应力强度SⅢ（由PL+PB算得）；一次加二次应力强度SⅣ(由PL+PB+Q算得)；峰值应力强度SⅤ(由PL+PB+Q+F算得)Pm是一次总体薄膜应力，PL是一次局部薄膜应力；PB是一次弯曲应力；Q是二次应力；F是峰值应力）Pm是一次总体薄膜应力，PL是一次局部薄膜应力；PB是一次弯曲应力；Q是二次应力；F是峰值应力）1. ** MEMBRANE ** 代表PL2. ** BENDING ** 代表PB？3. ** MEMBRANE PLUS BENDING ** 代表PL+PB？4. ** PEAK ** 代表F？5. ** TOTAL ** 代表？ANSYS后处理应力线性化得到的结果中：** MEMBRANE **代表薄膜应力，可能是一次总体薄膜应力也可能是一次局部薄膜应力。

** BENDING **代表弯曲应力，可能是一次弯曲应力也可能属于二次应力。

** MEMBRANE PLUS BENDING **根据前2者可能是一次薄膜+一次弯曲（），也可能是一次+二次应力（3 kSm）ANSYS只能把应力根据平均应力、线性化应力和非线性化应力来区分薄膜应力弯曲应力和峰应力，而不能分出总体薄膜应力和局部薄膜应力，一次应力还是二次应力。

这需要你根据JB4732和ASME VIII-2的标准自己去判断** MEMBRANE **，** BENDING **，** MEMBRANE PLUS BENDING **的类别。

ｐｒｓ ｕ ｅ ｖ ｓｅ ａ ｔ ｅ ｈｅｒ ｑ ｉｅ ｎ ｓｏ ａｉｕ ｔｅ ｔ ｅ ｓ ｒ ｅ ｓ ｌｐ ｒｓｍｅ ｔｔ ｅ ｕ ｒ ｍｅ ｔ ｆｆ ｔ ｅ ｓｒ ｎｇｈ，ｒ ｓ ｌ ｎ ｔ ｅ ｃ ｎ ａｎ ｒｉ ａｅ ｇ ｅ ｕ ｔｉ ｈ ｏ ｔ ｉｅ ｓｓ ｆ ．Ｔｈ ｏ ｇ ｈ ｏ ｅ ｃａ ａｙ ｉ ｒ ｕ ｈ ｔ ｅ ｒ ｔ ｎ ｌ ｓｓ ｉ
第２ ９卷 第 ２期 ２ １ 年 ４月 ０１
轻工 机 械
Ｌｉ ｈｔＩ ｄ ｓ ｒ ｇ ｎ ｕ ｔｙＭ ａ ｈ／ ｅ ｙ ｅ ｕｒ
Ｖ０ ． ９ Ｎｏ ２ １２ ．
Ａｐ ． ０１ ｒ２ １
［ 环保 ・ 安全 ］
Ｄ Ｉ ０３６／ ｉｎ１ ５ ８５２１．２０１ Ｏ ： ． ９ｊ ｓ ． ０－ ９． １ ． １ ９ ．ｓ ０ ２ ０ ０ ３
最大应力发生在简体最高位置与接管的连接处 ， 最大应 力强度值 为 ２７ ４ ８Ｍ ａ ４ ．７ Ｐ 。然后利用 Ａ Ｓ Ｓ进行疲劳寿命分 析， ＮＹ 将有限元方法与疲劳寿命分析理论相结合 ， 得到累积使用 系数 均小于 １ 即开孔接 管部位 满足 疲 劳强度 的要 求 ， ， 因此该
容器是安 全的。通过 此次分析再 次证 明了 Ａ Ｓ Ｓ软件 为压力容 器实际工程应用 中提 供 了可靠的 、 ＮＹ 高效的理论依 据。图
ａ ｄ ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｏ ｎ ｔ — ｌｍｅ ｔａ ａｙ ｉ ｒ ｖ ｄ ｔ ａ Ｓ ｏｔ ａ ｅ ｉ ａ ｃ ｐ ａ ｌ ｎ ｆ ｃ ｅ ｔ ｎ ｈ ｅ ｕｔ ｆ ｉ ｅ ｅ ｎ ｎ ｌｓｓ ｉ ｐ ｏ ｅ ｔＡＮ ＹＳ ｓ ｆ ｒ ｓ ｃ ｅ ｔ ｂ ｅ ａ ｄ ｅ ｉｎ ．Ａｔ ｈ ａ ｉ ｔ ｆ ｅ ｉ ｓ ｈ ｗ ｉ ｅ ｓ ｍｅ ｔ ｔ ｍｅ ｉ

基于ANSYS对压力容器的应力分析与结构优化发表时间：2019-09-03T17:05:27.837Z 来源：《科学与技术》2019年第07期作者：杨照林[导读] 在实验中为了获得较为精准的应力分布和参数，可以用有限元分析软件ANSYS对压力容器进行分析和设计。

通用电气（上海）电力技术有限公司武汉分公司湖北省武汉市 430205摘要：在实验中为了获得较为精准的应力分布和参数，可以用有限元分析软件ANSYS对压力容器进行分析和设计。

并可以在压力容器的设计中得到最佳的方案。

关键词：ANSYS；压力容器；应力分析；结构优化在实际的应用需要中，压力容器的设计主要分为两大类；第一类是在在总体不连续区的结构中很大部分后产生应力。

应力也可以称为容器的几何形状和材料的不连续。

同时也有局部的不连续，即材料或载荷的不连续。

第二类的结构有相对较小的范围内会产生影响应力。

由于国内外的科研人员运用了有限元来对压力容器的压力的不连续区进行应力分析。

科研人员在载荷作用下，压力容器的不连续区会产生弯矩，同时也会导致压力容器的不连续区的应力大于其它压力容器的区域。

使得产生压力容器的这个区域容易失效1 问题描述在某容器中设计容器的压力为P=16 MPa。

将容器的温度为T=165℃。

同时将容器壁厚设计为 T 1 =105 mm和容器的封头内径为 R 2 =815 mm。

在压力容器的封头和压力容器筒体的连接部分进行优化设计。

在压力容器的不连续区结构中对筒体和封头厚度不变的情况下进行优化。

并改变压力容器的锥形段长度和斜边倾斜角的情况下，压力容器的不连续区的应力集中最小。

综上所述可得优化设计的数学模型为联立力平衡方程和变形协调方程的解。

在联立解中K 为应力集中系数。

2 有限元模型单元类型选择因为压力容器的几何结构是对称的，所以在压力容器的2D实体中可以运用软件来分析2D平面压力容器的应力和轴对称的问题。

因此压力容器同时受到的对称载荷作用是一样的。