学年论文作业

1、学校代码： 10128学 号：200720904059 学年论文题 目：两层钢制球壳内部受静压力时的应力分析 学生姓名：李九坤学 院：理学院班 级：理论与应用力学07-1班 指导教师：姜爱峰 2010年 12 月 28日1.引言工业生产中具有特定的工艺功能并承受一定压力的设备，称压力容器。贮运容器、反应容器、换热容器和分离容器均属压力容器。为了与一般容器(常压容器)相区别，只有同时满足下列三个条件的容器，才称之为压力容器： （1）最高工作压力（Pw）大于等于0.1Mpa(不含液体静压力,下同); 1 （2）内直径(非贺形截面指其最大尺寸)大于等于0.15m,且容积(V)大于等于0.25m3;

2、（3）盛装介质为气体液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点液体. 压力容器的用途十分广泛。它在石油化学工业、能源工业、科研和军工等国民经济的各个部门都起着重要作用的设备。压力容器一般由筒体、封头、法兰、密封元件、开孔和接管、支座等六大部分构成容器本体。此外，还配有安全装置、表计及完成不同生产工艺作用的内件。压力容器由于密封、承压及介质等原因，容易发生爆炸、燃烧起火而危及人员、设备和财产的安全及污染环境的事故1。目前，世界各国均将其列为重要的监检产品，由国家指定的专门机构，按照国家规定的法规和标准实施监督检查和技术检验。本文就以基础的两层钢制球壳压力容器内部受压力时的应力进行弹性有限元分析，与弹

3、性力学解对比分析球壳结构不同位置应力、应变分布情况，熟悉有限元应用软件的基本操作技能。2.研究本课题的目的及意义压力容器产业是我国机械制造业的一个缩影。根据专家预测：中国有可能成为21世纪的“世界工厂”。 通常所说的压力容器检验是指压力容器的定期检验，即依据压力容器安全技术监察规程法规2，由考核合格的检验人员对压力容器的安全状况进行必要的检查和试验。此类检验包括外部检验、内外部检验及水压试验等。广义的压力容器检验是指对压力容器的设计、制造、安装、运行、维修等各个环节的检查、监督、试验，目的在于消除这些环节中出现的不利于压力容器安全运行的因素，更可靠地保证压力容器的安全。本文介绍的是压力容器受静

4、压力时的应力分析。目的是为了说明压力容器能被应用到生产实际当中需要做的一些基本工作，包括设计及时查清压力容器的安全状况，及时发现它的缺陷和隐患，使之在危及设备安全之前被消除或被监控起来，以避免压力容器在运行中发生事故。由于压力容器运行使用条件大都很恶劣，存在各种损害设备部件的因素，无论设备部件原先是否完好，都难以避免在使用中产生各式各样的缺陷，进而导致部件的破坏和事故的发生。因而及时发现和妥善处理压力容器的缺陷就成为十分重要的问题，给现实制造，施工提供理论依据，避免造成工程中的事故及人员伤亡。3. 压力容器制造现状特点   现有压力容器制造过程由七大部分组成，即设

5、计、机加工和铆接、材料、焊接、无损探伤、计量理化和检验，它贯穿于压力容器制造的整个过程，这七大部分相互联系、相互协调、相互制约共同完成压力容器产品的制造。压力容器是以小批量、单件的生产方式为主的产品，长期以来高成本、较长的加工周期困扰着企业，使企业为此付出了代价。随着科学技术的飞速发展，产品的生命周期不断缩短，客户往往因为不能忍受长时间的等待而离去，使企业失去了一些客户的信任；再加上压力容器制造企业设备投入大，生产成本居高不下，产品的生产周期长，这些严重制约了企业的发展，削弱了企业的核心竞争力。所以要提升压力容器制造企业的核心竞争力就必须对现有压力容器产品的制造过程进行剖析，从而找出引起压力容

6、器产品生产高成本、长交货期的根源所在，“对症下药”有的放矢的采取有效的方法达到解决长期困扰企业的两难问题。下面从产品结构、工艺流程、生产方式等方面对压力容器产品的生产特点做以下描述： 产品结构、参数的多样性。压力容器产品适用范围广，如制药、化工、石油、冶炼、饮食等行业，所处行业不同，有不同的用途，因此广泛的用途使其产品具有多种多样、品种繁多的特点，而且即使是同类产品中也会因客户需求上的差异，造成产品结构上的不同，进而引起制造工艺上的多样性。例如，以罐类容器为例，同为罐类但因其在生产工艺中的作用不同分为混合罐、储罐、蒸发器、热水器、蒸馏罐、过滤器、叶滤罐等，使它们在制造过程中的生产工艺流程各不相

7、同的。 压力容器产品有较高的安全性要求。压力容器制造必须遵循大量强制的标准和规范，并且标准和规范具有时效性。压力容器产品因其多在高温、高压、真空、腐蚀等环境条件下长期运行，而且所盛装的介质常为易燃、易爆、剧毒、有害物质，因此产品的安全性被放在首位，产品从设计开始需要遵循强制性的标准和规范3。如GB150-98、GB151-98等等。随着科学技术的不断进步，新技术、新工艺、新材料和新的管理手段的运用，加速了标准和规范的更新。例如旧标准受当时的技术和经济条件的限制和制约，以考虑安全性为主，忽略了客户对经济性的关注；可喜的是新标准在新思想的影响下，编者们已意识到客户对经济性的需求是不可忽视的，故新标

8、准逐渐把经济因素放到了比较重要的位置，这体现在新标准中对安全系数的降低。 压力容器产品制造过程中存在着许多相似的信息。在压力容器产品的统计制造过程中发现其中存在着许多相似信息，如工艺流程的相似性，零部件几何形状之间的相似性，产品结构之间的相似性，同理事物处理过程之间的相似性。对这些相似信息的利用能有效的提高企业的竞争力。 压力容器产品的设计具有较强的专业性。压力容器产品不同于通用机械产品，在运用软件技术进行产品设计时不仅要求人员掌握先进的计算机技术，更要具备化工设备设计的整体设计思想。 压力容器是一个涉及多行业、多学科的综合性产品。压力容器制造技术涉及到冶金、机械加工、腐蚀与防腐、无损检测、安

9、全防护等众多行业，因此制造过程要求多行业、多学科、多方面的协作共同来完成，并且为确保产品质量形成了以职能为中心的、以控制为导向的机械式组织结构。 压力容器的产品结构复杂，多种多样，使产品的品种增多，但组成产品的各部分组件间联系相对松散，产品便于进行系列化和模块化。 压力容器产品制造过程是以钣金件的焊接质量为主要质量控制点，同时也是制造过程的薄弱环节。 4 MSC.Marc有限元软件简介MSC.MARC是功能齐全的高级非线性有限元软件，具有极强的结构分析能力。体现了30年来有限元分析的理论方法和软件实践的完美结合。可以处理各种线性和非线性结构分析包括：线性/非线性静力分析、模态分析、简谐响应分析

10、、频谱分析、随机振动分析、动力响应分析、自动的静/动力接触、屈曲/失稳、失效和破坏分析等。它提供了丰富的结构单元、连续单元和特殊单元的单元库，几乎每种单元都具有处理大变形几何非线性,材料非线性和包括接触在内的边界条件非线性以及组合的高度非线性的超强能力。MARC的结构分析材料库提供了模拟金属、非金属、聚合物、岩土、复合材料等多种线性和非线复杂材料行为的材料模型。分析采用具有高数值稳定性、高精度和快速收敛的高度非线性问题求解技术。为了进一步提高计算精度和分析效率，MARC软件提供了多种功能强大的加载步长自适应控制技术，自动确定分析曲屈、蠕变、热弹塑性和动力响应的加载步长。MARC卓越的网格自适应

11、技术，以多种误差准则自动调节网格疏密，不仅可提高大型线性结构分析精度，而且能对局部非线性应变集中、移动边界或接触分析提供优化的网格密度，既保证计算精度，同时也使非线性分析的计算效率大大提高。此外，MARC支持全自动二维网格和三维网格重划，用以纠正过渡变形后产生的网格畸变，确保大变形分析的继续进行。对非结构的场问题如包含对流、辐射、相变潜热等复杂边界条件的非线性传热问题的温度场，以及流场、电场、磁场，也提供了相应的分析求解能力；并具有模拟流热固 、土壤渗流、声结构、耦合电磁、电热、电热结构以及热结构等多种耦合场的分析能力。为了满足高级用户的特殊需要和进行二次开发，MSC.Marc提供了方便的开放式用户环境。这些用户子程序入口几乎覆盖了MARC有限元分析的所有环节，从几何建模、网格划分、边界定义、材料选择到分析求解、结果输出、用户都能够访问并修改程序的缺省设置。在MSC.Marc软件的原有功能的框架下，用户能够极大地扩展MARC有限元软件的分析能力。5现阶段主要工作内容通过已经查出的文献资料，我现在主要是做一下几方面工作：（1）、学习对题目给出的模型的建立（2）、查阅受压容器相关知识，了解相关的规范和标准（3）、学习球壳结构受力分析的相关知识，掌握有限单元法的基础知识，熟悉MS