1、1設計分析依據.設計參數計算及評定條件 材料性能參數.結構有限元分析理論基礎有限元模型 劃分網格邊界條件 應力分析及評定應力分析應力強度校核.分析結論上封頭接頭外側 上封頭接頭內側 上封頭壁厚. 筒體上 筒體左 下封頭接著外側 下封頭壁厚.設計分析依據(1) 壓力容器安全技術監察規程(2) JB4732-1995鋼制壓力容器-分析設計標準-2005確認版1.1設計參數1.2計算及評定條件(1 )靜強度計算條件表1設備基本設計參數正常設計壓力MPa最高工作壓力MPa設計溫度C055工作溫度C555工作介質壓縮空氣46#汽輪機油焊接系數0腐蝕裕度mm容積容積類別第二類計算厚度mm筒體封頭表2設備載

2、荷參數設計載荷工況工作載荷工況設計壓力工作壓力設計溫度55 C工作溫度555 C注：在計算包括二次應力強度的組合應力強度時，應選用工作載荷進行計算，本報告中分別選用設計 載荷進行計算，故采用設計載荷進行強度分析結果是偏安全的。1.3材料性能參數材料性能參數見表3,其中彈性模型取自JB4732-95表G-5，泊松比根據JB4732-95的公式(5-1 )計算得到，設計應力強度分別根據JB4732-95的表6-2、表6-4、表6-6確定。表3材料性能參數性能溫度55 C材料名稱厚度設計應力強度彈性模型泊松比鋼管20< 10mm150 MPaX 103 MPaa =鍛鋼Q345< 100

3、mm185 MPaX 103 MPaa =鋼板16M nR2636188 MPaX 103 MPaa =鍛鋼16Mn< 300mm168 MPaX 103 MPaa =2結構有限元分析2.1 理論基礎傳統的壓力容器標準與規范，一般屬于“常規設計”，以彈性失效準則為理論基礎，由材料力學方法或經驗得到較為簡單的適合于工程應用的計算公式，求出容器在載荷作用下的最大主應力，將其限制在許用 值以內，即可確認容器的壁厚。對容器局部區域的應力、高應力區的應力不做精細計算，以具體的結構形 式限制，在計算公式中引入適當的系數或降低許用應力等方法予以控制，這是一種以彈性失效準則為基礎，按最大主應力理論，以長

4、期實踐經驗為依據而建立的一類標準。塑性理論指出，由于彈性應力分析求得的各類名義應力對結構破壞的危險性是不同的，隨著工藝條件 的苛刻和容器的大型化，常規設計標準已經不能滿足要求，尤其是在應力集中區域。若不考慮應力集中而 只按照簡化公式進行設計，不是為安全而過分浪費材料就是安全系數不夠。基于各方面的考慮，產生了 “分析設計”這種理念。采用以極限載荷、安定載荷和疲勞壽命為界限的“塑性失效”與“彈性失效”相結合 的“彈塑性失效”準則，要求對容器所需部位的應力做詳細的分析，根據產生應力的原因及應力是否有自 限性，分為三類共五種，即一次總體薄膜應力（Pm）、一次局部薄膜應力（Pc）、一次彎曲應力（Pb）、

5、二次應力（Q）和峰值應力（F）。對于壓力容器的應力分析，重要的是得到應力沿壁厚的分布規律及大小，可采用沿壁厚方向的“校核 線”來代替校核截面。而基于彈性力學理論的有限元分析方法，是一種對結構進行離散化后再求解的方法，為了獲得所選“校核線”上的應力分布規律及大小，就必須對節點上的應力值進行后處理，即應力分類， 根據對所選“校核線”上的應力進行分類，得出各類應力的值，若滿足強度要求，則所設計容器是安全的。按照JB4732-1995進行分析，整個計算采用軟件，建立有限元模型，對設備進行強度應力分析。2.2有限元模型由于主要關心容器開孔處的應力分布規律及大小，為減少計算量，只取開孔處作為分析對象，且取

6、其中較為關心的大孔進行分析校核。分析設計所用的幾何模型如圖1所示。在上下封頭和筒體之間存在不連續的壁厚，由于差距和影響量較小，此處統一采用上下封頭的設計厚度。圖1壓力容器模型2.3劃分網格solid187單元進行六面體劃分，如圖2所示。圖3-圖5分別為上封在結構的應力分析中，采用中的 頭、筒體、下封頭的有限元模型。圖2壓力容器有限元模型圖3上封頭有限元模型圖4筒體有限元模型圖5下封頭有限元模型2.4邊界條件模型只取開孔段作為分析對象，整體受向下的重力，如圖6所示。約束條件為：筒體底部為固結，筒內施加內壓，整體溫度設定為55C,6邊界條件3應力分析及評定3.1應力分析在的設計壓力下，壓力容器的應

7、力強度分布如圖 析可知，應力主要集中于接頭、開孔以及封頭彎曲處。圖7所示。內部應力強度如圖8所示。從圖7、圖8分以下將主要針對應力集中區域進行強度分析。7應力強度內部應力強度3.2應力強度校核在設計載荷作用下的有限元模型進行應力強度分析，現對分析結果進行應力強度評定。評定的依據為 JB4732-1995鋼制壓力容器-分析設計標準。應力線性化路徑的原則為：（1）通過應力強度最大節點，并沿壁厚方向的最短距離設定線性化路徑；（2）對于相對應力強度高的區域，沿壁厚方向設定路徑。設計工況（）下的評定線性化路徑見圖9-圖11,線性化結果見附錄 17，具體評定如下表 4.4.2422e8 Max177126

8、83,：3002eS2.35Ele8l.«071e014161e8M507e74.7405e73jC313e5 M in圖9上封頭評定路徑1圖10筒評定路徑圖11下封頭評定路徑表4應力強度證實表路徑應力強度類型應力強度值/MPa應力強度許用極限/MPa評定結果線性結果A一次局部薄膜應力強度SII=282通過附錄1一次+二次應力強度SIV3Sm=564通過附錄1B一次局部薄膜應力強度SII=282通過附錄2一次+二次應力強度SIV3Sm=564通過附錄2C一次局部薄膜應力強度SII=282通過附錄3一次+二次應力強度SIV3Sm=564通過附錄3D一次局部薄膜應力強度SII=282通過

9、附錄4一次+二次應力強度SIV3Sm=564通過附錄4E一次局部薄膜應力強度SII=282通過附錄5一次+二次應力強度SIV2263Sm=564通過附錄5F一次局部薄膜應力強度SII=225不通過附錄6一次+二次應力強度SIV3Sm=450通過附錄6G一次局部薄膜應力強度SII136=282通過附錄7一次+二次應力強度SIV3Sm=564通過附錄74分析結論進油彎管需增加壁厚或者選用強度更高的材料。附錄4.1上封頭接頭外側P RINT LINEARIZEDSTRESSTHROUGHSECTIONDEFINEDBY P ATH=SHANG1 DSYS= 0* P OST1 LINEARIZED

10、STRESS LISTING *INSIDE NODE = 65832 OUTSIDE NODE = 65108LOAD STE P 0 SUBSTE P= 1TIME=LOAD CASE= 0I +08 +09 +09 +08 +07 +08C +08 +09 +09 +07 +07 +08O +07 +08 +08 +07 +07 +06THE FOLLOWING X,Y,Z STRESSES ARE IN THE GLOBAL COORDINATE SYSTEM.* MEMBRANE *SXSYSZSXYSYZSXZ+08 +09+09 +07 +07 +08S1S2S3SINTSEQV

11、+09 +09+08 +09 +09* BENDING * I=INSIDE C=CENTER O=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZI +08 +08 +08 +07 +07 +08O +08 +08 +08 +07 +07 +08S1S2S3SINTSEQVI +08 +08 +07 +08 +08O +07 +08 +08 +08 +08* MEMBRANE P LUS BENDING * I=INSIDE C=CENTER O=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZS1S2S3SINTSEQVI +09 +09 +08 +09 +09C +09 +09 +08 +09

12、+09O +08 +08 +07 +08 +08* P EAK * I=INSIDE C=CENTER O=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZINSIDE NODE = 65118 OUTSIDE NODE = 65792LOAD STE P 0 SUBSTE P= 1I +07 +08 +09 +07 +08 +08C +07 +07 +08 +06 +07 +07O +07 +08 +08 +07 +07 +08S1S2S3SINTSEQVI +09 +08 +08 +09 +09C +06 +07 +08 +08 +08O +08 +08 +08 +08 +08* TOTAL

13、* I=INSIDE C=CENTER O=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZI +08 +09 +09 +08 +08 +09C +08 +09 +09 +07 +07 +08O +07 +08 +09 +06 +08 +08S1S2S3SINTSEQVTEMPI +09 +09 +08 +09 +09C +09 +09 +08 +09 +09O +09 +08 +07 +09 +09 4.2上封頭接頭內側P RINT LINEARIZEDSTRESSTHROUGHSECTIONDEFINEDBY P ATH=SHANG2 DSYS= 0* P OST1 LINEARIZED ST

14、RESS LISTING *TIME=LOAD CASE= 0THE FOLLOWING X,Y,Z STRESSES ARE IN THE GLOBAL COORDINATE SYSTEM.* MEMBRANE *SXSYSZSXYSYZSXZ+08 +09+09 +07 +08 +08S1S2S3SINTSEQV+09 +09+08 +09 +09* BENDING * I=INSIDE C=CENTER O=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZI +07 +08 +06 +08 +06 +08O +07 +08 +06 +08 +06 +08S1S2S3SINTSEQVI +08

15、 +07 +08 +08 +08O +08 +07 +08 +08 +08* MEMBRANE P LUS BENDING * I=INSIDE C=CENTER O=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZI +08 +09 +09 +08 +08 +08C +08 +09 +09 +07 +08 +08O +08 +09 +09 +08 +08 +07S1S2S3SINTSEQVI +09 +09 +08 +09 +09C +09 +09 +08 +09 +09O +09 +09 +08 +09 +09* P EAK * I=INSIDE C=CENTER O=OUTSIDESXSYS

16、ZSXYSYZSXZI +08 +08 +08 +08 +08 +07C +07 +08 +07 +06 +07 +07O +08 +08 +08 +07 +08 +07S1S2S3SINTSEQVI +08 +08 +08 +09 +09C +07 +07 +08 +08 +08O +08 +08 +08 +09 +08* TOTAL * I=INSIDE C=CENTER O=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZ+08 +07 +08 +09 +09* BENDING * I=INSIDE C=CENTER O=OUTSIDEI +08 +08 +08 +08 +08 +08I+0

17、7 +09 +09 +08 +08 +08C +08 +09 +09 +07 +07 +08O +08 +09 +09 +08 +08 +07S1S2S3SINTSEQVTEMPI +09 +09 +07 +09 +09C +09 +09 +08 +09 +09O +09 +09 +07 +09 +09 4.3上封頭壁厚P RINT LINEARIZEDSTRESSTHROUGHSECTIONDEFINEDBY P ATH=SHANG3 DSYS= 0* P OST1 LINEARIZED STRESS LISTING *INSIDE NODE = 49272 OUTSIDE NODE = 4

18、8686LOAD STE P 0 SUBSTE P= 1TIME=LOAD CASE= 0THE FOLLOWING X,Y,Z STRESSES ARE IN THE GLOBAL COORDINATE SYSTEM.* MEMBRANE *SXSYSZSXYSYZSXZ+08 +08 +07 +08 +08 +08S1S2S3SINTSEQVSXSYSZSXYSYZSXZO +08 +08 +08 +08 +08 +08S1S2S3SINTSEQV* TOTAL * I=INSIDE C=CENTER O=OUTSIDEI +09 +08 +08 +08 +08 +09C +08 +08

19、+07 +08 +08 +08I +09 +08 +07 +09 +09O +07 +08 +09 +09 +09* MEMBRANE P LUS BENDING * I=INSIDE C=CENTER O=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZI +09 +08 +08 +08 +08 +09C +08 +08 +07 +08 +08 +08O +08 +08 +08 +08 +08 +08S1S2S3SINTSEQVI +09 +07 +08 +09 +09C +08 +07 +08 +09 +09O +07 +08 +09 +09 +08* P EAK * I=INSIDE C=C

20、ENTER O=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZI +05 +07 +08 +07 +07 +07C +06 +07 +07 +07 +07 +07O +07 +07 +08 +08 +07 +07S1S2S3SINTSEQVI +08 +06 +07 +08 +08C +07 +07 +08 +08 +08O +08 +07 +07 +08 +08SXSYSZSXYSYZSXZO +08 +08 +08 +07 +08 +08S1S2S3SINTSEQVTEMPI +09 +08 +08+09 +09O +08 +08 +09 +09 +09I +09 +07 +08 +09 +

21、09C +08 +07 +08 +09 +09O +07 +08 +09 +09 +08 4.4 筒體上P RINT LINEARIZEDSTRESSTHROUGHSECTIONDEFINEDBY P ATH=rONGS DSYS= 0* P OST1 LINEARIZED STRESS LISTING *INSIDE NODE = 62861 OUTSIDE NODE = 59472LOAD STE P 0 SUBSTE P= 1TIME=LOAD CASE= 0THE FOLLOWING X,Y,Z STRESSES ARE IN THE GLOBAL COORDINATE SYSTEM.

22、* MEMBRANE MEMBRANE P LUS BENDING * I=INSIDE C=CENTER O=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZ+08 +08+09 +07+06 +07S1S2S3SINTSEQV+09 +08+08 +08+08BENDING * I=INSIDE C=CENTER O=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZI +08 +08 +08 +08 +08 +07O +08 +08 +08+08 +08 +07S1S2S3SINTSEQVSXSYSZSXYSYZSXZI +09 +08 +09 +08 +08 +08C +08 +08 +09 +

23、07 +06 +07O +08 +08 +08 +08 +08 +06S1S2S3SINTSEQV4.5 筒體左I +09 +09 +08 +09 +09C +09 +08 +08 +08 +08O +08 +08 +08 +09 +09* P EAK * I=INSIDE C=CENTER O=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZI +06 +08 +08 +08 +08 +07C +08 +08 +07 +08 +07 +07O +08 +08 +08 +07 +06 +06S1S2S3SINTSEQVI +09 +08 +08 +09 +09C +07 +07 +08 +08 +

24、08O +08 +08 +08 +08 +08* TOTAL * I=INSIDE C=CENTER O=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZI +09 +09 +09 +09 +08 +08C +08 +08 +09 +07 +07 +07O +08 +08 +08 +08 +08 +05S1S2S3SINTSEQVTEMPI +09 +09 +07 +09 +09C +09 +08 +08 +08 +08O +09 +08 +07 +08 +08P RINT LINEARIZEDSTRESSTHROUGWSECTIONDEFINEDBY P ATH=rONGZ DSYS= 0* P

25、 OST1 LINEARIZED STRESS LISTING *INSIDE NODE = 59023 OUTSIDE NODE = 63007LOAD STE P 0 SUBSTE P= 1TIME=LOAD CASE= 0I +09 +09 +08 +09 +09C +09 +09 +07 +09 +09O +08 +08 +08 +08 +08THE FOLLOWING X,Y,Z STRESSES ARE IN THE GLOBAL COORDINATE SYSTEM.* MEMBRANE *SXSYSZSXYSYZSXZ+09 +08+08 +06 +08 +07S1S2S3SIN

26、TSEQV+09 +09+07 +09 +09* BENDING * I=INSIDE C=CENTER O=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZI +08 +08 +08 +07 +08 +07O +08 +08 +08 +07 +08 +07S1S2S3SINTSEQVI +09 +08 +08 +09 +08O +08 +08 +09 +09 +08* MEMBRANE P LUS BENDING * I=INSIDE C=CENTER O=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZI +09 +09 +09 +06 +09 +07C +09 +08 +08 +06 +08 +

27、07O +08 +08 +08 +07 +07 +07S1S2S3SINTSEQVSXSYSZSXYSYZSXZI +08 +08 +08 +07 +08 +06C +07 +07 +07 +06 +07 +06O +07 +07 +08 +07 +07 +07S1S2S3SINTSEQV+07 +09 +07 +07 +08 +08S1S2S3SINTSEQVI +09 +08 +08 +09 +09C +07 +07 +08 +08 +08O +06 +07 +08 +08 +08* TOTAL * I=INSIDE C=CENTER O=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZI +

28、09 +09 +09 +06 +09 +06C +09 +08 +08 +06 +08 +07O +08 +08 +07 +07 +07 +08S1S2S3SINTSEQVTEMPI +09 +09 +07 +09 +09C +09 +09 +08 +09 +08O +08 +07 +08 +08 +08 4.6下圭寸頭接著外側P RINT LINEARIZEDSTRESSTHROUGHSECTIONDEFINEDBY P ATH=XIAJDSYS= 0* P OST1 LINEARIZED STRESS LISTING *INSIDE NODE = 64836 OUTSIDE NODE =

29、64238LOAD STE P 0 SUBSTE P= 1TIME=LOAD CASE= 0THE FOLLOWING X,Y,Z STRESSES ARE IN THE GLOBAL COORDINATE SYSTEM.* MEMBRANE *SXSYSZSXYSYZSXZ+09 +08 +08 +09 +09* BENDING * I=INSIDE C=CENTER O=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZS1S2S3SINTSEQVI -1004.-8245.+05+05 +05O +05 8245.1004.+05 +05I +09 +08 +07 +07 +07 +07O +

30、09 +08 +07 +07 +07+07S1S2S3SINTSEQVI +07 +08 +09 +09 +09O +09+08 +07 +09 +09* MEMBRANE P LUS BENDING * I=INSIDE C=CENTER O=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZI +09 +09 +07 +07 +08 +08C +07 +09 +07 +07 +08 +08O +09 +09 +08 +07 +07 +08S1S2S3SINTSEQVI +09 +07 +09 +09 +09C +09+08 +08 +09 +09O +09+09 +07 +09 +09SXSYS

31、ZSXYSYZSXZI +05 -7918.-1442.-1709.-1654.-2173.O +05 7918.1442.1709.1654.2173.* TOTAL * I=INSIDE C=CENTER O=OUTSIDEO +08 +08 +09 +08 +07 +08S1S2S3SINTSEQVI +09 +08 +07 +09 +09SXSYSZSXYSYZSXZI +09 +09 +07 +07 +08 +08C +07 +09 +07 +07 +08 +08O +09 +09 +08 +07 +07 +08S1S2S3SINTSEQVTEMPI +09 +07 +09 +09 +09C +09 +08 +08 +09 +09O +09 +09 +07 +09 +09 4.7下封頭壁厚P RINT LINEARIZED