《压力容器大开孔分析报告文章讲解材料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《压力容器大开孔分析报告文章讲解材料（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1 压力容器分析设计压力容器分析设计 1 目录目录 1 问题分析问题分析.3 2 基本参数基本参数.4 2.1 设计参数.4 2.2 材料参数.4 3 有限元建模有限元建模.4 3.1 几何模型简化.4 3.2 有限元模型.5 4 结果分析结果分析.5 4.1 有限元模型验证.5 4.2 应力强度安全评定.7 1 1 问题分析问题分析 本次分析是针对换热器标准椭圆形封头（S30408）开孔进行分析。 图 1 部件图 筒体内径=850mm，壁厚 t=12mm；标准椭圆形封头内径=850mm，壁厚 t=12mm；在椭圆封头顶端开孔，且接管尺寸为 52420mm，筒体侧面开孔尺 寸 DN=50mm，
2、且距离筒体上端部为 250mm。根据 GB150-2011 第 152 页得，凸形 封头或球壳上开孔最大直径 d，得本模型中最大开孔应为 425mm，显然不 1 2 符合 GB150-2011 的规定，因此不能采用常规设计。则应按照 JB4732-95 进行分 析设计，我们可以通过有限元建立模型进行应力评定。 在筒体上有一个开孔，对于一般钢材泊松比 v=0.3，应力衰减长度 x=2.5 =178.54mm250mm,因此在利用 ansys 建模时可以忽略其应力影响。通过观 察发现本模型可以采用对称型建立模型，同时在接管顶端施加端面平衡载荷= ,其中内压 p=1.6MPa。 2 (+ 2)2 2
3、 1 2 基本参数基本参数 2.1 设计参数设计参数 由模型总图得管程设计压力 p=1.6MPa，设计温度为-10130，取 T=130。 取筒体长度 L=500mm，标准椭圆形封头直边段 L1=25.5mm，大开空接管外伸长度 L2=212mm，接管倒角 R=5mm。 2.2 材料参数材料参数 由 GB150-2011 和 JB4732-95 标准，查得 S30408 不锈钢在该温度下材料性能 参数如下： 根据 GB150-2011 第 84 页插值得：=187GPa 130 根据 GB150-2011 第 49 页插值得：=137MPa 130 根据 JB4732-95 表 6-2 钢材的
4、设计应力强度，通过插值得到相应设计温度下 的 S30408 材料的设计应力强度为：=205MPa；厚度为 360mm 时， 20 =137MPa 130 3 有限元建模有限元建模 3.1 几何模型简化几何模型简化 选用 plane183 单元，在 options 中 K3 设置 Axisymmetric，建立几何模型。 1 图 2 全几何模型 图 3 接管处几何模型 3.2 有限元模型有限元模型 采用映射划分网格，设置单元边长 2mm。 图 4 接管处网格划分 图 5 封头与筒体连接处 4 结果分析结果分析 4.1 有限元模型验证有限元模型验证 图 6 筒体节点路径 图 7 筒体和封头连接处节
5、点路径 通过定义路径，然后将应力映射到曲线上，图 8 和图 9 分别是图 6 和图 7 的 1 应力图 图 8 筒体第一、二和三应力路径曲线 理论解：第一主应力=56.67MPa；第二主应力= 2 1.6 850 2 12 4 =28.33MPa；考虑到该壳体是薄壁壳体，则第三主应力=0MPa。 1.6 850 4 12 解析解：第一主应力=57.455MPa；第二主应力=27.945MPa；第三主应 力=-1.6MPa 通过比对，圆柱壳上第一、二、三应力的理论解和解析解基本一致。 图 9 筒体和封头连接处第一、二和三应力路径曲线 理论解：封头在赤道上的第一主应力=(1-)=（1- 2 22
6、1.6 425 12 1 ）=-56.67MPa 4252 2 212.52 封头在赤道上的第二主应力=28.3MPa 2 1.6 425 2 12 通过定义应力路径，由图 9 得，数值解和理论解并不符合，这是由于筒体与 封头连接处存在边缘应力。 经验证，有限元模型复合要求。 4.2 应力强度安全评定应力强度安全评定 按照图 10 所示 A-A，来进行应力线性化 图 10 应力线性化路径 线性化法是将容器各计算部位应力，按选择的危险截面把各应力分量沿 一条应力处理线首先进行均匀化和当量线性化处理，然后进行应力分类评定。 通过 ansys 软件进行应力线性化处理得图 11， 图 11 应力线性化
7、处理曲线图 A A 1 图 12 第三强度应力云图 应力强度云图如图 12 所示，可见最大应力强度发生在接管根部外壁， 贯穿接管的内外壁取应力评定处理线，利用 ansys 的线性化处理程序进行处 理，可得到该处理线上的薄膜应力、弯曲应力及薄膜+弯曲应力强度。 表表 1 1 应力强度计算结果应力强度计算结果(MPa) 评定线 位置 PL Q PL+Q F PL+Q+F 内壁 A-A 中面 外壁 174.2 0 174.2 250.4 41.28 90.35 24.65 142.0 160.2 239.7 91.15 262.5 根据 JB4732-1995，封头接管根部在外部载荷或力矩，或内压作
8、用下， 其薄膜应力为局部薄膜应力，弯曲应力为二次应力，故该结构可进行应力评 定如下： =90.35MPa1.5=205.5MPa 130 +Q=250.43=411MPa 130 因此，结构满足强度要求。 1 附录 应力线性化处理结果 1 2，侵，侵 权权 必必 究究 联联 系系 Q Q68843242 本页为自动生成页，如不需要请删除！ 谢谢！ 如有侵权，请联系 68843242 删除！ 2，侵权必究，侵权必究 联系联系 QQ68843242 2， 2，侵，侵 权权 必必 究究 联联 系系 Q Q68843242 1 本页为自动生成页，如不需要请删除！ 谢谢！ 如有侵权，请联系 68843242 删除！ 2，侵，侵 权权 必必 究究 联联 系系 Q Q68843242 本页为自动生成页，如不需要请删除！ 谢谢！ 如有侵权，请联系 68843242 删除！ 侵权必侵权必 究究 联系联系 QQ68843242
