压力容器ansys分析.

第４０卷第９期　２０１　１年９月　当　代　化　工　Ｃｏｎｔｅｍｐｏｒａｒｙ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｖｏ１．４０，Ｎｏ．９　Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ，２０１　ｌ　

基于ＡＮＳＹＳ的压力容器表面　

双凹坑干涉效应分析　

高　宇，王茂廷，林国庆，海　军　

（辽宁石油化工大学机械工学院，辽宁抚顺１１３００１）　

摘　要：针对含有凹坑的压力容器强度降低这一问题展开分析计算，利用有限元ＡＮＳＹＳ软件计算其最大　应力，并分析双凹坑间的应力集中干涉效应对压力容器的影响。通过对数据的分析可知沿环向排列的双凹坑当　两凹坑相交时，应力集中系数小于单个凹坑应力集中系数，对于安全有利。轴向排列的双凹坑当两凹坑相交时，　应力集中系数大于单个凹坑应力集中系数。所以轴向排列的双凹坑更危险。　关键词：凹坑；压力容器；有限元；干涉效应　中图分类号：ＴＯ　０５１．３　文献标识码：　Ａ　文章编号：　１６７１—０４６０（２０１　１）０９—０９７５—０３　

Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｄｏｕｂｔ－Ｐｉｔ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｔｉａｌ　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｖｅｓｓｅｌｓ　ｂｙ　ＡＮＳＹＳ　Ｓｏｆｔｗａｒｅ　

．ＧＡＯＹｕ，ＷＡＮＧＭａｏ—ｔｉｎｇ，ＬＩＮＧｕｏ—ｑｉｎｇ，ＨＡＩＪｕｎ　（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ　Ｓｈｉｈｕａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ　Ｆｕｓｈｕｎ　１　１　３００　１，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｏｍｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｔｈａｔ　ｐｉｔｓ　ｄｅｃｒｅａｓｅｄ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｖｅｓｓｅｌｓ　ｗｅｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ａｎｄ　ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ　ｍａｘｉｍｕｍ　ｓｔｒｅｓｓ　ｗａｓ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ＡＮＳＹＳ．ａｎｄ　ｄｏｕｂｌｅ　ｐｉｔｓ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｔｉａｌ　ｅｆｆｅｃｔ　ｗａｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ．　Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ，ｔｈｅ　ｄｏｕｂｌｅ　ｐｉｔｓ　ａｒｒａｎｇｅ　ａｌｏｎｇ　ｔｈｅ　ｒｉｎｇ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ，ｗｈｅｎ　ｔｗｏ　ｐｉｔｓ　ｃｒｏｓｓ，ｔｈｅ　ｓｔｒｅｓｓ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｎｇ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｉｓ　ｌｅｓｓ　ｔｈａｎ　ａ　ｓｉｎｇｌｅ　ｐｉｔ　ｓｔｒｅｓｓ　ｖａｌｕｅ，ｓｏ　ｉｔ　ｉｓ　ｆａｖｏｒａｂｌｅ　ｔｏ　ｓｅｃｕｒｉｔｙ　ｏｆ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｖｅｓｓｅｌｓ．Ｂｕｔ　ｄｏｕｂｌｅ　ｐｉｔｓ　ａｒｒａｎｇｅ　ａｌｏｎｇ　ｔｈｅ　ａｘｉａｌ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ，ｗｈｅｎ　ｔｈｅ　ｔｗｏ　ｐｉｔｓ　ＣＲＯＳＳ，ｔｈｅ　ｓｔｒｅｓｓ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｉｓ　ｂｉｇｇｅｒ　ｔｈａｎ　ａ　ｓｉｎｇｌｅ　ｐｉｔ　ｓｔｒｅｓｓ　ｖａｌｕｅ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ａｘｉａｌ　ｄｏｕｂｌｅ　ｐｉｔｓ　ａｒｅ　ｍｏｒｅ　ｄａｎｇｅｒｏｕｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｐｉｔ；Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｖｅｓｓｅｌ；　Ｆｉｎｉｔｅ　Ｅｌｅｍｅｎｔ；　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｔｉａｌ　Ｅｆｒｅｃｔ　

４５０　化工　机　械　２０１０焦　

摘　应　关　由　基于ＡＮＳＹＳ补强圈与简体间接触的　

有限元分析　

贾春明　石成江　

（辽宁石油化工大学）　

要　应用ＡＮＳＹＳ有限元分析软件，分析了在内压作用下补强圈与壳体之间接触位置及接触区域的　力分布。同时描述了补强圈与筒体之间的间隙量对接触的影响。　键词　压力容器　接管　开孔补强　有限元　图分类号ＴＱ０５１．３　文献标识码　Ａ　文章编号０２５４—６０９４（２０１０）０４—０４５０￣４　

多年来，在压力容器的应力分析中，一直沿用　

经典的薄壳理论。在应用薄壳理论对压力容器开　

孔补强结构进行分析及设计时，将其分为接管、补　

强圈及容器壳体３部分，在它们的连接处建立变　

形协调及力的平衡方程，求解其连接处的位移及　

应力。在这样的求解过程中，认为补强圈与简体　

间没有相对的位移及转角，也未考虑相互间的接　

触，这与结构的实际状况并不相符。当应用与容　

器分析时，无法预测焊接区的应力及焊接补强圈　

与壳体之间的接触行为。随着有限元技术的发　

展，这些问题都可以解决了。笔者应用ＡＮＳＹＳ仿　

真软件中的接触分析功能，对补强圈与容器壳体　

间的接触特性进行了模拟。　

１　物理模型　

分析模型接管及补强区的结构形式和有关尺　

寸如图１所示。补强圈的尺寸按工程上常用的尺　寸，即简体外径近似为接管直径的两倍，厚度相　

同，即：接管内径ｄ＝１２５ｍｍ，长度ｚ＝１５０ｍｍ，壁　

厚￡＝６ｒａｍ；筒体内径Ｄ。＝５００ｍｍ，长度Ｌ　＝　

３５０ｍｍ，厚度Ｔ＝６ｍｍ；补强圈外径为２５０ｍｍ，厚　

度Ｔ　＝６ｒａｍ；施加的内压Ｐ＝３ＭＰａ，补强圈与简体　

之间的缝隙初定为０．２ｒａｍ。筒体、接管及补强圈　

的材料力学性能见表１。　

图ｌ　焊接板补强接管的计算模型　

表１　材料的力学性能　

贾春明，女，１９８３年３月生，硕士研究生。辽宁省抚顺市，１１３００１。

　第３７卷第４期　化　工　机　械　４５１　

２接触特性的模拟　

对于在内压作用下，补强圈与简体之间可能　

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 PL?

2. ** 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（ 1.5kSm ），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

第２期（总第１４１期）　２００７年４月　机械工程与自动化　ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　＆　ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮ　Ｎｏ．２　Ａｐｒ．　

文章编号：１６７２—６４１３（２ＯＯ７）Ｏ２一ＯＯ５６一Ｏ３　

基于ＡＮＳＹＳ参数化语言的压力容器优化设计　

李虎林　，陈　威　，于安民　，高　宏　・　

（１．兰州空间物理研究所，甘肃　兰州　７３００００￣２．兰州石油化工公司物流分公司，甘肃　兰州　７３００６０）　

摘要：通过有限元软件ＡＮＳＹＳ，结合机械优化设计方法，对ｑｂ５００ｍｍ钛合金压力容器进行应力分析和结构优　

化设计。优化结果表明：在容器重量下降３３１ｇ，降低约２　的基础上，结构不连续区域最大应力下降　

１８３．８４ＭＰａ，降低约１７．２３　，容器应力分布更加均匀合理。　

关键词：有限元法；应力分析；优化设计；压力容器　，　

中图分类号：ＴＨ４９　文献标识码：Ａ　

０　引言　

随着科技和宇航事业的发展，对压力容器的设计　

要求也越来越高，而采用常规设计方法很难解决实际　

应用中的一些问题。如由于压力容器中的应力分布不　

均匀，以最大应力点进入塑性作为失效判断依据将大　

大低估材料的承载潜力，从而导致容器材料冗余问题；　

压力容器开口部位出现的应力集中问题以及反复加载　

条件下结构中的疲劳裂纹扩展问题；对于在高温环境　

下工作的容器，容器局部高应力区在高温下还会引起　

高的蠕变速度问题。为了解决这些问题我们必须寻求　

一个既安全又合理的设计方法。　

优化设计是一种寻找确定最优化设计方案的技　

术，最优设计方案可以满足所有基本设计要求，而且　

所需支出（如重量、体积、应力及成本）最小。为了提高　

航天压力容器的可靠性和安全性，减轻容器重量，使　

容器中应力分布更加均匀，我们通过有限元软件　

ＡＮＳＹＳ，结合机械优化设计方法，对ｑｂ５００ｍｍ钛合金　

压力容器进行应力分析和结构优化设计，解决常规设　

计的不足之处，达到提高容器可靠性和安全性的目的。