基于ANSYS_WORKBENCH的压力容器接管应力分析.pdf

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1、第2期-5-论文广场基于ANSYS/WORKBENCH的压力容器接管应力分析程新宇，冯晓伟，李治贵，朱保庆，张滨（海洋石油工程股份有限公司，天津300452）[摘要]使用Ansys/workbench有限元分析软件对不满足GB150《钢制压力容器》规范设计条件的容器接管进行分析设计，通过Ansys有限元应力分析获得了压力容器接管的应力分布。在危险截面选择最大应力路径进行线性化处理，得到主要应力、主要应力+次要应力等各项指标，与分析设计规范JB4732-1995进行比较，满足分析设计要求。[关键词]Ansys/workb

2、ench；压力容器；接管应力；分析设计；应力评定压力容器是工业领域中广泛使用的承压设《钢制压力容器—分析设计标准》，它基于“塑备。目前压力容器的设计可分为规则设计（Design性失效”与“弹塑性失效”准则，其理论基础是[1]byRule）和分析设计（DesignbyAnalysis）。前板壳力学、弹性与塑性理论及有限元法，是根据者的设计准则是基于“弹性失效”准则，对应于具体工况，对容器各部位进行详细的应力计算与GB150规范系统，它是结合经典力学理论和经验分析，在不降低设备安全性的前提下选取相对较公式对压力容器的设计做

3、出规定，是一种基于经低的安全系数，从而降低了结构的厚度，使材料验的设计方法，得出的结构强度结果比较保守，得到了有效利用。这就限制了容器整体性能的提高和材料的有效利1有限元计算软件ANSYS/Workbench介绍用。ANSYS/Workbench是ANSYS的CAD/CAE新随着工艺条件的苛刻和容器的大型化，常规的协同环境，在Workbench环境中，工作人员始终设计标准已不能满足要求，尤其是在应力集中区面对同一个界面，无需在各种程序界面之间频繁域。若不考虑应力集中而只按照简化公式进行设切换，所有研发工具只是这个环境的

4、后台技术，计，其结果不是为了满足安全而过分浪费材料就各类研发数据在此平台上交换与共享，图1所示为[2]是安全系数不够。分析设计依据标准JB4732-95Workbench协同环境。图1Workbench协同环境该程序提供ANSYS公司提供的各种核心功了压力容器设计的可靠性。能，如：非线性分析、静力分析、动力分析、疲2压力容器接管的有限元分析劳分析、屈曲分析、热及热应力分析、流体分[3]为了完成工艺过程，化工设备必须设置接析、电磁分析、多目标自动优化等功能。本文利用Workbench分析软件进行了容器接管的数学建作者简介

5、：程新宇（1979—），男，四川人，研究生学历，模、网格划分以及应力求解，通过应力评定分析助理工程师，在海洋石油工程股份有限公司设计公司工作。石油与化工设备-6-论文广场2011年第14卷口，以便物料流入与流出，同时为了便于检测与10节点四面体单元Solid187和20节点的六面体单元检修，需设置压力表、液位计、安全阀等，这使Solid186划分实体。只需要定义实常数，不需要定得压力容器上必须进行开孔接管。开孔接管区域义截面和偏置。为了能够得到较好的网格划分将的应力状况非常复杂，这是因为一方面开孔破坏模型分割成多个区块

6、，并在应力集中的区域细化了壳体材料的连续性，削弱了原有的承载面积，网格，壳体网格是径向分为四层的六面体网格，在开孔边缘附近必定造成应力集中；另一方面接开孔区域是细化为六面体网格，为了能够真实反管的存在使得开孔接管成为总体结构不连续区，映焊缝过渡连接对整体结构的影响，将焊缝分割壳体与接管在内压作用下自由变形不一致，在变出来细化为四面体网格，划分结果为18286单元，形协调过程中将产生边缘应力；同时接管与壳体64723个节点。如图2所示。是通过焊缝连接的，焊缝的结构尺寸如焊缝高度、过渡圆角等会形成局部结构的不连续，形成局部

7、不连续应力，JB4732-95对焊缝过渡圆角做了[4]较为详细的规定。目前工程上常采用应力集中系数法、有限元法、实验测试法来分析接管连接处[4]局部的最高应力。本文采用有限元分析方法得到了一次局部薄膜应力和二次弯曲应力。2.1模型以及载荷本文的分析对象，压力容器总长L=11000mm，筒体内径Di=3600，容器壁厚δ1=14mm，液压计接管外径d0=60mm，接管壁厚δ2=8.8mm，腐蚀余量C=3mm。材料为16MnR，5弹性模量E=2×10MPa，泊松比μ=0.3，密度3ρ=7.8kg/mm，设计温度T=140℃

8、，设计应力强度Sm=196MPa，设计压力P=1.5MPa。由于液位高度和液位计尺寸的限制，管口位置开孔偏下，因此开孔椭圆形长短轴比大于2，不满足GB150中开[5]孔补强计算的条件，所以不能采用GB150的规范设计。为了满足工艺要求，采用分析设计进行校核，评定是否满足强度要求。图2网格划分2.2建立物理模型2.4施加边界条件并求