ANSYS壓力容器應力分析報告

一. 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

表1 設備基本設計參數

1.2 計算及評定條件

(1) 靜強度計算條件

表2 設備載荷參數

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進行計算，故采用設計載荷進行強度分析結果是偏安全的。

(2) 材料性能參數

材料性能參數見表3，其中彈性模量取自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 和表6-6 確定。

表3 材料性能參數性能

(3) 疲勞計算條件

此設備接管a、c 上存在彎矩，接管載荷數據如表4 所示。

表4 接管載荷數據表

二. 結構壁厚計算

按照靜載荷條件，根據JB4732-95 第七章（公式與圖號均為標準中的編號）確定設備各

元件壁厚，因介質密度較小，不考慮介質靜壓，同時忽略設備自重。

1.筒體厚度

因Pc=2.97MPa<0.4KSm=0.4×1×134.8=53.92MPa，故選用JB4732-95 公式（7-1）計算筒體厚度：

3.開孔接管

接管開孔采用16MnⅡ厚壁管，結構見總圖及零件圖，各開孔厚壁管有效尺寸如表5 所示：

表5 接管有效尺寸

三. 結構有限元分析

按照JB4732-1995 進行分析，整個計算采用ANSYS軟件，建立有限元模型，對設備進行強度應力分析。

3.1 有限元模型

(1)上封頭部分

根據上封頭的結構特點和載荷特性，建立了1/2 上封頭的力學模型。在封頭與筒體連接處，存在不連續應力，但其值較小，對整個封頭及其接管的應力分布影響較小，故予以忽略。上封頭及其接管的三維實體模型如圖1 所示：

(2)下封頭部分

根據下封頭的結構特點和載荷特性，建立了1/2 上封頭的力學模型。如圖2 所示：

3.2 單元選擇

在結構的應力分析中，采用ANSYS11.0 軟件提供的Solid 95 單元進行六面體網格劃分。圖3、4 為上、下部封頭的網格劃分模型。

3.3 邊界條件

(1) 位移邊界條件

對上、下部封頭模型的筒節的外端面Z 方向進行約束，同時對模型的對稱面施加對稱約束。為了限制模型的剛體位移，對模型筒節的外端面上，X＝0 處對稱兩點約束的X 方向進行約束，δX＝0；Y＝0 處對稱兩點約束的Y 方向進行約束，δY＝0。

(2) 力的邊界條件

在設備的筒節內壁、各接管的內壁以及封頭內壁施加內壓載荷，在補強管的外端面上施加等效平衡面載荷。因是1/2 模型，則接管上的彎矩為一半M=4.5e7 N.mm。

平衡載荷計算公式為：

設計工況接管平衡面載荷大小見表6。

表6 設計工況下接管平衡面載荷（MPa）

設計工況（2.97MPa）載荷作用下，下部封頭部分的邊界條件施加情況如圖4 所示。

四. 應力分析及評定

4.1 應力分析

設計工況（2.97MPa）載荷作用下，上、下部封頭的應力強度分布如圖5、6 所示。

4.2 應力強度校核

對設計載荷作用下進行有限元分析，并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》。

應力線性化路徑的選擇原則為：(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) 對于相對高應力強度區，沿壁厚方向設定路徑。

設計工況（2.97MPa）下的評定線性化路徑見圖7~9，線性化結果見附錄1~8，具體評定如下表7 所示：

表7 應力強度評定表

4.3 疲勞分析校核

最高壓力工況（2.97MPa）與最低壓力工況（0.25MPa）下設備的最大應力強度均出現在接管與封頭相貫區的內壁，分別為S1=395MPa，S2=33.7MPa。

則， Salt=(395-33.7)/2=180.65MPa

查JB4732 附錄C 的圖C-1，得 許用循環次數[n]=2×104實際工況要求循環1 次/10 小時，因此，實際循環次數n=0.1×24×360×15=1.296×104<[n]=2×104

所以，疲勞校核通過。

五. 分析結論

經上述有限元數值模擬計算，并按JB4732-1995《鋼制壓力容器——分析設計標準》（2005確認版）的有關規定進行應力評定及疲勞分析校核，結論：在設計工況和操作工況下，設備滿足應力強度和疲勞強度要求。