基于ANSYS的某型压力容器静态与动态特性分析

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基于JB4732标准的压力容器应力分析

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。

利用ANSYS软件对压力容器进行应力分析

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。

基于ANSYS的压力容器可靠性研究

基于ANSYS的压力容器可靠性研究摘要：随着科技的不断发展，ANSYS应用比较广泛，这是一种大型的通用软件，可以在众多领域当中应用，而且实际使用效果较好。

使用大型的通用有限元分析软件，也就是使用ANSYS软件分析压力容器可靠性，具有非常的应用效果，为提高压力容器可靠性，具有重要的意义和作用。

关键词：ANSYS；压力容器；可靠性；研究随着经济的快速发展，人们对于产品质量的要求越来越高了，其中产品的可靠性，是衡量产品品质的重要标准，也是重要的产品指标。

随着机械结构的快速发展，进行可靠性研究，是衡量机械结构的重要标准，也决定了机械结构和性能。

在进行机械结构设计过程中，应当充分地考虑可靠性，严格地按照相关标准进行设计，这样才能提高产品性能，所设计出来的产品，更加符合参数要求。

随着ANSYS软件的应用，促进了压力容器的可靠性分析发展，而且提高了压力容器的安全性，全面地提高了压力容器质量，因此在众多领域当中被广泛地应用，为相关行业发展起到了积极的推动作用。

1可靠性理论分析通常情况下进行可靠性研究，主要的对象有电子和电气可靠性，以及机械和零件的可靠性，还有系统和软件、硬件的可靠性等。

但是从广义上来讲，可靠性指的是某一对象的有效性和维修性，可靠性在很大程度上和产品设计有关，目前可靠性已经在众多领域当中应用了。

ANSYS是大型的通用有限元分析软件，可以和计算机和信息技术相融合，从而实现数据交换和共享，所以可以在多个领域中应用。

ANSYS是国际上最流行分析软件，被广泛地应用到可靠性分析中。

2使用 ANSYS进行压力容器可靠性设计特点2.1可以更加真实地反映出压力容易状态在实际使用过程中，基于ANSYS进行压力容器可靠性设计，不仅提高了安全系数，而且在取值时也有一定优势，这些和可靠性设计当中的应力、强度、均值都有一定关系，同时还和曲线，以及离散程度有关。

一般情况下机械性产品，只对可靠性设计当中的应力值、强度数值、曲线分布特点进行分析。

基于有限元ANSYS的压力容器应力分析报告

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。

压力容器ansys分析.

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。

基于ANSYS的压力容器有限元分析及优化设计

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

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。

基于ANSYS的压力容器应力分析

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。

基于ANSYS的压力容器可靠性分析

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理论的高压储气罐三维静态分析

基于ANSYS 的高压储气罐三维静力学分析罗旭 201220679 动力工程摘要：本文利用ANSYS 软件对储气罐进行了静力学应力、应变分析，得到了储气罐的应力、应变分布图，所得结果与理论计算值能够较好的吻合，为高压储气罐的设计提供依据。

关键词：储气罐；有限元；应力；应变1工程背景高压储气罐用以储存压缩气体，保证在正常或应急情况下，提供足量的气体。

高压储气罐具有建造结构简单、使用寿命长、对环境污染少、造价低等优点，随着工业生产的发展，储气罐在我国的应用越来越广泛。

为提高储气罐的储存效率，人们总是尽可能提高储气罐内气体的压力和容积，因此对高压储气罐的结构进行全面的计算分析，具有重要的理论意义和工程实用价值。

本文以如图1.1所示储气罐作为对象进行分析，储气罐材料选用16MnR 低合金钢，并采用正火处理。

储气罐筒体直径为2米，高4米，壁厚0.04米；封头为椭圆型封头，封头高度0.4米，壁厚0.04米，具体尺寸如图1所示。

储罐内介质压力5.7MPa ，工作温度为20℃。

图1.1 储气罐结构简图2 理论计算0.060 2 40.42.080.082.1 筒体应力计算传统的高压储气罐设计是利用薄壳理论进行计算的。

根据该理论，储气罐器壁中的应力计算公式为：σ1t=p c（D i+t e）2t e≤υ[σ]t其中：σ1t——校核设计温度下圆筒器壁中的计算应力，MPa；t e——筒壁有效厚度，m；p c——储气罐设计压力，MPa；D i——筒体内径，m；υ——焊缝系数；[σ]t——材料的许用应力，MPa。

表2.1 焊接接头系数υ值其中焊缝系数可根据表1选取。

假设储液罐的所用焊缝接为双面焊的全焊透对接焊缝，焊缝进行100%探伤，则取焊缝系数υ=1。

由于储液罐材料选用16MnR低合金钢，钢材采用正火处理，查机械设计手册表32.1-12可得，材料的σb=470MPa，σs=285MPa，钢材安全系数Ƞ=1.25。

则钢材的许用应力σs t=228MPa。

基于ANSYS的立式厚壁压力容器应力分析

最大。
关键词：立式压力容器；应力分析；有限元模拟
中图分类号：ＴＨ９
文献标识码：Ａ
文章编号：１００１ — ９６７７（２０１３）１９ — ０１２０ — ０３
ＳｔｒｅｓｓＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＶｅｒｔｉｃａｌＴｈｉｃｋＷａｌｌＰｒｅｓｓｕｒｅＶｅｓｓｅｌＢａｓｅｄｏｎＡＮＳＹＳ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｖｅｒｔｉｃａｌｐｒｅｓｓｕｒｅｖｅｓｓｅｌｅｅｌｅｍｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
压力容器广泛地应用于工农业和日常生活中，尤其是在轻工、化工的生产、运输、储存以及进出口贸易等方面。近半个
多世纪以来，压力容器获得显著的发展；在其制造过程及其材料质量的监测与控制，更是发生了质的飞跃… 。压力容器是化工设备的重要组成部分，其设计合理与否，不仅关系到制造过
有限元分析软件对该压力容器进行应力分析，以获得该压力容程中金属材料的用量，还直接影响到生产和使用过程中的安器在内压力作用下的应力和应变分布情况，确定受载后的危险全＿２Ｊ。压力容器工作时的应力和应变分布是其设计主要依据之截面（点）以及相应的最大应力值，为容器的结构设计及其优化
ＺＨＵＧｕｏ— — ｌｉａｎｇ
（ＧｕａｎｇｄｏｎｇＸｉｎｇｒａｎＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＤｅｓｉｇｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ．，Ｌｔｄ．，ＧｕａｎｇｄｏｎｇＧｕａｎｇｚｈｏｕ５１００３４，Ｃｈｉｎａ）

压力容器ANSYS教程

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ANSYS的球形封头压力容器的可靠性分析

元和蒙特卡罗相结合方法，对压力容器结构进行可靠性和灵敏度分析，并对结果进行讨论。
1 基于 ANSYS 的可靠性分析功能
目前解决复杂结构可靠性问题的常用方法有蒙特卡罗法、响应面法等。蒙特卡罗法是一种用数值模拟来解决与随机变量有关的实际工程问题的方法。对随机变量的数值模拟相当于一种 “试验”，所以蒙特卡罗法又称为统计试验法。蒙特卡罗法适
*许安俊，男， 1974 年生，硕士研究生。扬州市， 225600。
28
化工装备技术
第 33 卷第 2 期
用面广，并且只要建模准确，模拟次数足够，所得结果是可信的。蒙特卡罗模拟是目前可靠度分析结果正确性验证的惟一手段。响应面法是近几年发展起来的进行可靠性分析的另一种有效方法，其思想是通过系列确定性试验拟合一个响应面来模拟真实的极限状态，从而进行可靠性分析。蒙特卡罗法中所需循环次数与变量个数无关，只取决于所输出结果的类型及分散程度。响应面法中模拟循环次数取决于输入变量的个数。对屈曲、接触以及理想弹塑性分析等问题，输入变量的细微变化可能导致输出变量突变，这时响应面法不适用。
Key words： Pressure vessel; Spherical head; Reliability; ANSYS; Monte Carlo
随着现代工业设备向着高参数方向发展，对压力容器设计提出了更高的要求，不仅要求其效率高、成本低，而且要求在各种工况下具有足够的安全可靠性。为了保证设备的安全经济运行，对在役压力容器性能的可靠性进行定期评估显得意义重要。压力容器的设计参数如压力、强度、温度、几何尺寸等都具有一定程度的不确定性和分散性。采用确定性方法求出的结果常常和实际状态相差较远，因此目前多采用概率设计方法。本文采用有限

基于Ansys软件对压力容器的应力及疲劳分析_刘旭

关键词：压力容器应力分析应力评定疲劳分析 ANSYS软件引言：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中，以 GB150《压力容器》作为核心的基本标准。GB150《压力容器》—2011新版标准的发布，首次引入了基于风险的设计理念，在标准中增加了在容器设计阶段进行风险评估的要求和实施细则。部分缓冲罐在使用过程中承受高温、高压，同时受气体脉动载荷的影响，为保障缓冲罐在工程应用中的安全，有必要对应力集中，结构不连续位置进行应力分析、评定，并作相应的疲劳分析，达到提高容器可靠性和安全性的目的。 1. 结构参数本文模拟的是某往复压缩机的排气缓冲罐, 设计压力P=20.1MPa , 设计温度T =150 ℃, 腐蚀裕量3mm ，材料负偏差≤0.3 ，小于筒体壁厚6% ，可以不考虑；筒体材料为Q345R ，接管材料为16Mn锻件。筒体内径Φ = 700mm , 壁厚t =55mm。弹性模量E=194×103MPa，泊松比μ=0.3。结构简图见图1
基于 Ansys 软件对压力容器的应力及疲劳分析刘旭
（沈阳鼓风机集团有限公司 110869）摘要：在往复压缩机配套的压力容器中，有很大一部分容器具有工作压力高，同时承受气体脉动
载荷的特点。文章选取出口缓冲罐，对于主要开孔区进行了应力分析、评定和疲劳分析。通过此次分析为实际工程应用中压力容器的设计，提供了部分可靠、有效的理论依据。
2. 应力分析 2.1. 参数化建模
根据缓冲罐的结构，支撑部分采用可调节的楔形支座，不属于刚性支撑，所以只针对筒体、封头及开孔区域建模。分别建立两个模型，由于结构的对称性，筒体开孔部分选取 1/4接管及1/2筒体及封头建立模型；由于轴对称特性，封头开孔部分建立平面模型。
筒体开孔部分，选用solid45号单元建模，对于筒体、封头及接管的截面施加对称面位移约束，筒体及接管的内表面施加20.1Mpa的内压载荷，同时在接管端面施加轴向位移约

基于ANSYS／LS-DYNA的移动式压力容器动态碰撞仿真分析

０引言
随着我国国民经济的快速发展以及现代工业的快速成长，气体产品种类越来越丰富，气体工业加速发展，加上世界制造业的调整，移动式压力容器的装备制造中心也正迅速崛起并向中国转移。移动式压力容器所具有的装载量大、运输手段灵活和运输成本低廉的特点，逐步发展成为运输工业气体的主力，并在我国国民经济发展过程中起着重要的作用。移动式压力容器储运的介质绝大多数都属于易燃、易爆等有害液化气体，如果引发安全事故，不仅造成财产损失，也容易污染环境甚至造成人员伤亡，社会软件建立了移动式压力容器运输车的实体模型，然后分别利用有
限元分析软件ＡＮＳＹＳ和瞬态动力学仿真软件ＬＳ — ＤＹＮＡ对模型进行前处理分析和求解计算，分
别得到车速为６０ｋｍ／ｈ车尾受到碰撞时车架、压力容器罐体、组合支座及相关辅件的动态碰撞应力响应情况。计算结果表明：车架及连接螺栓失效，但有效降低了对压力容器罐体的冲击，基本保证了其安全性，并为今后的优化设计提供了理论支撑。
其恶劣。
国内外在移动式压力容器的研究主要集中于压力容器的无损探伤、优化设计、运输车的静强度分析、罐体内部防波板的静强度设计以及防波性能等方面，对移动式压力容器运输车的整体动态追尾碰撞的研究尚属空白，主要由于其整体建模非常复杂，瞬态动力学响应分析的计算量过于庞大，造成很多人心有余

基于ANSYS的典型压力容器应力分析

梁、筑、建电子产品、信、型机械、油、机电系统、通重石微运动器械等领域。
图１买体模型
２运用ＡＳＳ有限元软件对压力容器进行应力分ＮＹ析
２１ＡＮＳ．ＹＳ软件对压力容器模型的设计与建造
２３对于压力容器的热应力分析－
创建，创建完成后通过ＡＳＳ软件自带的ＣＤＣＥ、适合于分析复杂的元件的应力情况。ＮＹＡ、Ａ
ＣＭ数据输入接口实体模型导人ＡＳＳ软件系统中，ＡＮＹ这样就节省了创建复杂模型的时间，提高了设计的效率；对于第二种通过ＡＳＳ软件自身来创建实体模型的方ＮＹ法，可以用来创建较为简单的实体模型，ＮＹＡＳＳ软件系统中有非常方便的菜单功能，设计师只需要运用相关的命令就可以直接创建简单的实体模型了，这种方法一般用在简单的建模设计当中，有一定的局限性，同时也非常的方便。ＮＹ软件系统中有两种建模的方法：自顶而ＡＳＳ
体模型和通过ＡＳＳＮＹ软件自身来直接创建实体模型。对方法的实质都是就将实体模型分解成为许多个 “ 微元 ” ，于第一种通过外接口导入实体模型的方法，类似于将已这些 “ 元 ” 微在应力分析的过程中就从当“ 传感器 ” 的作经做好的文件拷贝进入电脑中，ＮＹＡＳＳ软件可以直接利用。映射网络划分能够将实体划分成为十分规则的形状，用它来进行工作。这种方法适用于比较复杂的结构模型当然这也要求实体在划分前本来就具有规则的面和体；

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第33卷第3期2 0 18年8月青岛大学学报（工程技术版）JOURNAL OF QINGDAO UNIVERSITY (E&T)Vol. 33 No. 3Aug. 2 0 18文章编号 # 1006 - 9798(2018)03 -0120 - 05; DO * 10.13306/1 1006 - 9798.2018.03.022基于ANSYS 的某型压力容器静态与动态特性分析黄妮，戴作强(青岛大学机电工程学院，山东青岛266071)摘要：针对压力容器容易发生强度失效和稳定失效等问题，本文基于A N S Y S 软件对某型压力容器的静态与动态特性进行研究，获取了其应力集中危险位置。

在三维建模软件S o lid W o rk s 中，建立压力容器的三维几何模型，使用自由边划分中面进行网格划分，并给出了载荷及边界条件，将前处理完成的压力容器模型以c d b 格式导人A N S Y S 软件中进行求解，并在空罐状态下对压力容器进行动力学特性分析。

分析结果表明，该压力容器的静强度具有一定的余量，不会发生强度失效；在空罐状态下，压力容器筒体和封头容易发生共振，可以在筒体位置适当增加阻尼和约朿，以加强其稳定性，或者在振型最大处增大厚度以提高刚度，防止和避免共振带来的危害。

该研究保障了压力容器在操作工况下安全可靠。

关键词：压力容器；A N S Y S #静强度分析；模态分析中图分类号：T H 49文献标识码：A压力容器是化工生产中极为重要的一类储运设备[1]，随着存储介质质量和种类的变化，压力容器产生失效事故的可能性在不断增加，所以对压力容器进行静态和动态特性研究，分析其结构可靠性具有重要意义。

近年来，对压力容器可靠性的研究有许多。

郑云虎等人）]采用静强度和模态分析结合的方法，对立式圆柱薄壁容器的振动特性进行了研究，获得了压力容器的强度和刚度薄弱位置；张自斌等人）]对压力容器的宏观力学响应进行了分析，并作出应力安全评定，同时运用子模型技术对压力容器接管区域进行了更为精确的应力分析；赵积鹏等人）] 采用特征值屈曲分析方法，得出了压力容器屈曲模态形状和临界外压，提出了压力容器安全使用的临界条件；朱国樑）]应用A N S Y S 分析了立式厚壁压力容器筒体与封头的应力分布特点，提出了优化措施；马言等人）]针对压力容器分层缺陷的扩展问题，从动力学角度对压力容器进行模态分析，找到了分层缺陷扩展的原因。

基于此，本文从静态和动态两方面研究某型压力容器的静强度薄弱环节和抗振性能不足之处，根据有限元分析结果，对其进行安全性能评价及动力学特性分析，保障压力容器在操作工况下安全可靠。

该研究对分析压力容器的结构可靠性具有重要意义，具有一定的实际应用价值。

1三维模型的建立液体干燥器的容积约为51 m 3，由筒体、封头和裙座等组成。

压力容器总长约为15 900 mm ,其中，筒体高度10 BOOmm ,筒体前段厚度为26 mm ,筒体后段厚度为34 m m ,封头为标准椭圆形，其内径A =2 B O O mm ,两端封头厚度为29. 62 m m ，裙座厚度为20 m m ，个地脚螺栓对称分布于裙座底端。

压力容器材料为Q 345R ，材料性能如表1所示。

在三维建模软件S o lid W o rk s 中，建立压力容器三维几何模型，压力容器三维图如图1所示。

在有限元分析中，微小的结构可能导致建模时间和计算量大幅增加，因此应抓住模型主要影响因素，忽略其次要影响因素，对其进行简化处理78]。

对该压力容器焊缝、温度计热电偶口、露点仪口、放空口、公用工程口及小倒角等进行简化，压力容器简化模型如图2所示。

2有限元前处理2.1中面处理及网格划分H y p e rM e sh 是一个高质量高效率的有限元前处理器，其强大的几何清理功能大大简化了对复杂几何进行仿收稿日期# 2017-12-10;修回日期# 2018 - 02 - 20基金项目：黄妮（1994 -)，女，湖南常德人，硕士研究生，主要研究方向为电动汽车智能化动力集成技术。

作者筒介：戴作强（1962 -)，男，硕士，教授，主要研究方向为锂离子电池材料与系统。

Email: daizuoqiangqdu@表1材料性能杨氏弹性密度/屈服极材泊松比模量/Pak g /m 3限/ M P aQ 345R2. 1X 10110.37 890345第3期黄妮，等：基于AN SYS的某型压力容器静态与动态特性分析121真建模的过程）]。

将简化后的压力容器三维模型导人H y p e rM e s h中，按厚度抽取模型中面，将焊接部位按节点耦合法处理为一体化，去除中面上的硬点、小孔等微小结构，适当添加自由边处理模型中面，便于网格精分。

图1压力容器三维图（剖视图）图2压力容器简化模型（剖视图）在进行网格划分时，应综合分析目的、模型特点和精度要求，选择合适的网格单元类型和网格划分大小。

压力容器模型壁厚小于度，适合采用壳单元进行网格划分，将划分的网格单元尺寸控制在40 m m，共得到节点总数为81 400个，单元总数为81 387个，三角形单元占0.8%，雅克比均在0.6以上，网格质量良好。

压力容器有模型如图3所示。

2.2载荷及边界条件由图3可以看出，该压力容器通过地脚螺栓（右端黄色方框标记处）固定在地面上，所以约束设螺栓处，制6个方向的自由度。

作工，对容器进行有限元分析，压力容器正常操作时，其载荷值为1. 758 M P;压力图3压力容器有限元模型容器最大时，其载 1.930 M P a。

将压力容器模型全部内表面（包括各表面）作面，输人压力，完成义。

将材料属性、单元类型、实常数对应的组件，完成了容器有处理。

3有限元求解及后处理A N S Y S与H y p e rM e sh能实现数据共享和交换[10]。

将前处理完成的压力容器模型以c d b格式导人A N S Y S 软件中进行求解，得到在操作工，压力容器应力云图和云图如图4和图5所示。

由图4可以看出，在操作工况下，压力容器最大应力为303. 552 M P a，屈服极限为345 M P a，安全系数为 1.13,满足强度要求，最大应出端封头处，在设计过程适大该区域厚度值。

由于壁了载荷，部分应偏大，裙座部分应偏小。

由图5看出，最大出部封头的处，在设计过程适大该区域刚度。

综上，容器度具有一定的强度，在使用过程。

4模态分析计算结构特性的数值方法称为模态分析[11]，模态分析是将线性常微分方程组的物理转换为模态坐标，将方程组解耦成能够模态坐标和模态参数的方程组，以求得系统的模态参数[12]。

模态分析是结构态设计的方法[13]，它用于设计机械构件固有频率和振型[14]。

模态分析分为数值模态分析和模态分析 )5*。

数值模态分析主要采用有限元法，它将弹性结构离散为有限个弹性特性单元，并在计进行理论运算[16]。

在进行结构模态分析时，只要保证模型正确，单元和模态分析法选择合理，就能得到的结果，通过运122青岛大学学报（工程技术版）第33卷用A N S Y S进行模态分析可将工作变得轻松直观[17]，而且运用A N S Y S对结构进行模态分析，其计算速度非常：18]…本文进行模态分析时采用的是B lo c k L a n c z o s法，B lo c k L a n c z o s法最适合由壳或壳与实体组成的模型[19]，该方法义结构的主自由度振动方向，计算精度很高[(。

模态分析度分析用同一网格模型。

将网格模型螺栓处施加约束，限制该模型6个方向的自由度，再将人A N S Y S中进行约束模态分析，而得到状态下，压力容器各有频率振型如表2所示，压力容器模态如图6所示。

模态计算结果由固有频率和振型两大部分组成，固有频的大小反映了结构的刚度和抗振能力，固有频率越大，表示结构刚度越大，，稳定性越高）]。

状态下，压力容器筒体部分容易振动，可以在筒适和约束，或者型最大处增大厚度以提高刚度，防止和避免的。

表2压力容器各阶固有频率振型数有频％W z型数有频％W z型18. C// 7封头及筒伸635.654筒体振动28.719 3封头及筒伸745.777封头、筒体及裙座振动324.618 0筒体振动846.123封头、筒体及裙座振动424.658 0筒体振动948.640头、及535.6270筒体振动1050.631及部1第1阶模态b第2阶模态第3阶模态d第4阶模态e第5阶模态f第6阶模态第3期黄妮，等：基于AN SYS的某型压力容器静态与动态特性分析123 g第7阶模态h第8阶模态第9阶模态图U压力容器模态5结束语本文以液体干燥器为例，对压力容器进行了静强度分析和模态分析，得出压力容器在承载时的应力分布规律、变形情况和容器特性。

为了使分析结果精度高，本文采用H y p e r M e s h和A N S Y S对压力容器进行分析。

通过仿真模拟对结构进行分析能够设计周期，降成本，提高结构可靠性，因此，本文采用的分析方法对于容器的生产设计，具有一定的实用价值。

模拟并非数据，若要得到更为精确的数据，还需要对压力容器进行进一步的试验。

在本文基，还进一步对容器进行优化设计和疲劳分析等，以得到的容器模型。

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