压力容器大开孔分析报告

1、压力容器分析设计目录1问题分析32基本参数42.1 设计参数42.2 材料参数43有限元建模43.1几何模型简化43.2 有限元模型54结果分析54.1 有限元模型验证54.2 应力强度安全评定71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di=850mm，壁厚t=12mm；标准椭圆形封头内径di=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，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d12di，得本模型中最大开孔应为425mm

2、，显然不符合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=2.5rt=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pc=pdi2(di+2t)2-di2,其中内压p=1.6mpa。2基本参数2.1 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=25.5m

3、m，大开空接管外伸长度l2=212mm，接管倒角r=5mm。2.2 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：e130=187gpa根据gb150-2011第49页插值得：130=137mpa根据jb4732-95表6-2钢材的设计应力强度，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：s20=205mpa；厚度为360mm时，sm130=137mpa3有限元建模3.1几何模型简化选用plane183单元，在options中k3设置axisymmetric，建立几何模型。 图

4、2 全几何模型 图3接管处几何模型3.2 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4.1 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=pdi2t=1.6850212=56.67mpa；第二主应力=pdi4t=1.6850412=28.33mpa；考虑到该壳体是薄壁壳体，则第三主应力r=0mpa。解析解：第一主应力=57.455mpa；第二主应力=27.945mpa；第三主应力r=-1.6mpa

5、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=pat(1-a22b2)=1.642512（1-42522212.52）=-56.67mpa 封头在赤道上的第二主应力=pa2t=1.6425212=28.3mpa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 应力强度安全评定按照图10所示a-a，来进行应力线性化aa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

6、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 应力线性化处理曲线图图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1 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174.20 174.2250.4 41.2890.35 24.65 142.0 160.2 239.791.15262.5根据jb4732-1995，封头接管根部在外部载荷或力矩，或内压作用下，其薄膜应力为局部薄膜应力，弯曲应力为二