壓力容器設計
關注創建者：艾崔牛老師 創建時間：2020-10-10
壓力容器設計的視頻教程
高壓容器設計專題講義 ：專供壓力容器A1/S1取證換證
艾崔牛老師專注于壓力容器設計技術的進步和學習，專門服務于全體國人壓力容器、大型儲罐設計、制造工程師。 ———————————————— 課程目標 專門服務于即將參與壓力容器審核人S1級別答辯、公司大直徑高壓容器A1級別答辯的同行朋友們， 定量化為您拓展高壓容器設計知識構架， 為您今參與公司A1級換證答辯、審核人S1級考核答辯，提供強力支持！
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workbench 水力載荷作用下的受力分析
壓力容器在特定載荷比如內壓、液體或者振動循環載荷作用下，會產生應力集中，應力損傷的現象；對于工程上的壓力容器設計以及制造，遵循的設計手冊考慮的是經驗公式與部分理論的結合，對于壓力容器中，部分設計準則存在太大安全系數的問題，會損耗材料，增加成本。 運用workbench進行實際工況下的模擬，最大限度的還原壓力容器工作情況，為設計的指導以及部分區域的校核提供幫助。
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壓力容器標準課程：GB150.2從入門到進階
課程中將老師本人多年來的工作經驗、國際標準的考證、國內外論文和專業著作的索引等匯集起來，深入剖析GB150以及其他相關國內外壓力容器技術標準。將標準規范內容的來源、標準編寫意圖、實施運用方案相結合，為廣大設計者不斷提升理論深度而努力。
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壓力容器設計的實例教程
本書全面系統地反映了最優化技術在壓力容器設計中的研究和應用成果。內容包括：最優化設計的數學基礎、一維搜索的最優化方法、多維無約束的最優化方法、多維約束最優化方法、壓力容器優化設計的特點與方法、中低壓容器的優化設計、壓力儲罐的優化設計、外壓容器的優化設計、高壓容器的優化設計、多層壓力容器的優化設計、法蘭和封頭的優化設計。本書注意優化設計概念的解釋和方法的介紹，盡量避免繁雜的理論論證和數學推演，列舉了壓力容器的主要結構和部件的優化設計實例，實用性強，便于讀者參考借鑒。
壓力容器優化設計.rar
展開 管道應力分析軟件）
CAESAR Ⅱ 2013 R1 培訓教程 1CD
CAESAR Ⅱ 簡體中文資料（用戶指南1-9章）
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PVElite 2014 v16.00.00.000 Full-ISO 1CD(壓力容器分析設計軟件)
PVElite 2014 SP2 v16.00.02 Update Only 1CD
PVElite 2014 SP1 Updeate Only 1CD
PVElite v4.3 用戶手冊
Intergraph CADWorx (Plant, P&ID, Equipment, IP, SpecEditor) 2017 v17.00-ISO 1DVD（全模塊，最新破解版）
展開 關于壓力容器分析設計的討論大多是基于ANSYS的應力線性化，而這方面Abaqus的公開資料不多，其實Abaqus早期版本就提供了在CAE界面下進行應力線性化的操作，為方便初學者使用Abaqus進行壓力容器分析設計，這篇文章介紹一下Abaqus應力線性化。
01. 壓力容器分析設計規范
目前最成熟、使用最多的壓力容器規范是由美國機械工程師協會（ASME）的鍋爐及壓力容器委員會（BPVC）制定的，我國的壓力容器相關規范有GB150、JB4732、JB4734等。
壓力容器的分析設計有別于傳統設計，主要是指通過有限元計算來校核壓力容器的設計方法，在ASME的壓力容器規范中是ASME Sec VIII Div 2的部分，相當于我國的JB4732。
分析設計的重要環節是應力線性化，為什么要進行應力線性化呢？其實主要是因為壓力容器的不同類型的故障（失效）模式是由不同類型的應力引起的，所以ASME的研究人員將它們進行了應力分類。
壓力容器的各種失效模式
ASME壓力容器規范的應力分類
如上圖所示，這些應力的類別大致分為三類：一次應力、二次應力和峰值應力，它們分別對應不同的故障模式。
一次應力與總塑性變形（gross plastic deformation）有關；
二次應力（在一次應力的基礎上）與增量塑性坍塌（incremental plastic collapse）有關；
峰值應力（在一次與二次應力的基礎上）與疲勞失效（fatigue failure）有關。
展開 在傳統的壓力容器設計中，為了保證容器的安全性，設計者總是盡量增大容器的壁厚，以增加容器的承壓能力。隨著分析設計概念的提出，設計者越來越多地對壓力容器結構進行優化設計，通過這一過程，可以提高產品設計剛度，滿足技術指標及結構輕量化的目標。本例通過壓力容器壁厚優化設計，最終在滿足給定剛度和強度要求下，使容器的重量達到最小。
問題描述
現有一處于設計狀態的反應器如下圖所示，反應器筒體壁厚均均，無尖角，但在端部部位壁厚在過渡位置處有所增加。
整個反應器采用同一種材料制造，其參數如下：
設計壓力：P=23MPa（工作壓力為21MPa）
彈性模量：E=206GPa
泊松比：μ=0.3
設計要求：通過壁厚的優化設計，使最終在滿足給定的剛度和強度要求下，整個反應器的重量達到最小。筒體壁厚參考范圍16≤t1≤19，端部壁厚21≤t2≤25。規定[σ]=250MPa。
分析說明
下面建立力學模型，根據壓力容器結構特性和受力特點，采用軸對稱結構，在容器內壁施加垂直于壁面的均勻壓力P=23MPa，在封頭端部，根據材料力學理論，其水平拉應力為17.68MPa，方向為y軸正向。
根據截面結構顯示，選定容器的壁厚t1、t2作為設計變量。σ為優化設計中結構的等效應力強度，作為一個約束條件。綜上所述，可得到反應器結構優化設計的數學模型為：
16≤t1≤19
21≤t2≤25
Wt=minf(X)
X=[t]
σ≤[σ]
其中f（X）表示壓力容器的重量。
模擬過程
采用二維軸對稱模型，建模過程中對筒體壁厚參數化，命名為t1、對端部壁厚參數化，命名為t2，模型尺寸如下圖所示，h1=298.5mm,、b1=44.5mm、t2=23mm、b2=b1+t2、r1=185、t1=18、r2=r1+t1、r3=63mm，r4=40mm。
展開 壓力容器設計中的應力分類
壓力容器的應力主要有一次應力、二次應力、峰值應力和局部應力等。
(1)一次應力是由外載引起的正應力和切應力，又稱為基本應力。外載包括容器及其附件的自重，內壓和外壓、外力（風載荷、地震載荷）和外力矩（接管力矩）等。
一次應力的特征是能滿足外力、內力和彎矩的平衡要求，即容器在載荷作用下，為保持容器各部分平衡所需要的力。它不能靠本身達到的屈服極限來限制其大小，具有非自限性。若一次應力超過材料的屈服極限，則其破壞的阻止完全由應變硬化性能所決定。
(2)二次應力是指由于相鄰部件的約束或結構本身的約束所引起的應力，或者具體地說，是指容器在外載作用下不同變形部分連接處為滿足位移連續條件而引起的局部的附加薄膜應力和彎曲應力。
二次應力的一個特征是，它是滿足變形協調條件所引起的應力，組成了自相平衡的力素；另一個特征是，它分布的區域比一次應力小，具有局部性質。由于具有這兩個特點，二次應力的應力強度達到屈服極限，即發生塑性變形時，只會引起容器局部區域屈服，與此相鄰的區域仍呈彈性狀態，容器不至于因此而立即破壞。其次，二次應力是由于變形受到某種限制而引起的，因此當應力達到屈服極限而發生屈服時，變形變得比較自由，所受的限制也就大大地減小，屈服后，不僅不會斷續增加，還會有一定程度的緩和。
(3)峰值應力是指扣除薄膜應力和彎曲應力（包括一次應力和二次應力）后，沿壁厚成非線性分布的應力稱為峰值應力。峰值應力發生在小半徑過渡圓角、局部未焊透處的應力增值。
峰值應力的特性是分布區域很小，沒有明顯變形，可能成為疲勞破壞（低循環疲勞）和脆性變形的起源。
屬于峰值應力的有殼體與接管連接處（內過渡圓角或過渡圓角）應力集中區最大應力沿壁厚均勻分布部分和成線性分布部分的應力。
(4)壓力容器的壁厚是根據它所承受的內壓力或外壓力值確定的。
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基于ABAQUS軟件，用殼單元進行波紋管（管道連接件）的建模，在波紋管中心建立柱坐標系，輸入壁厚減薄的公式表征壁厚的非均勻分布。備注：需要提前在場邊量添加STH命令，厚度結果在后處理查看。
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
3、對有限元分析感興趣的工程師
你會得到什么：
1、學習壓力容器三維模型的處理
2、學習靜力學分析步的建立
3、學習靜力學分析的邊界條件的施加
4、學習靜力學分析的載荷的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020R2.
案例介紹了ANSYS workbench壓力容器靜力學分析
概述：
本文將對一個壓力容器進行等幅疲勞分析。該壓力容器同時承受壓力及熱載荷。本文將學習如何定義主導疲勞損壞的S-N曲線，并討論多個載荷事件的交互。此外，本文還將介紹如何正確的解釋疲勞結果。
項目描述：
材料為“7075-T6(SN)鋁合金”的壓力容器將接受疲勞壽命的評估，它將同時承受等幅的應力和熱應力載荷。壓力載荷在0.066~3.3Mpa之間波動，
本文介紹了一種新的流體壓力滲透分析方法。該功能捕捉了流體被壓入橡膠密封圈和殼體間滲透效果，從而無需直接對流體進行建模。
該Marc仿真功能基于接觸壓力，并考慮了接觸面滲入流體的影響。流體壓力可以逐漸滲透到接觸表面下方，以模擬流體在壓力增加時的效果。
以下示例用于說明該過程。
如圖2所示的D形密封圈首先在安裝階段被壓縮，然后施加流體壓力。壓力載荷施加在密封圈的整個邊界上
其中條文如下：
4.3.2.1 封頭除符合GB/T25198外,附加要求如下:
a)厚度不大于6 mm 的封頭、不銹鋼封頭、低溫壓力容器用封頭、按簡單疲勞設計壓力容器用封頭以及復合板封頭的覆層不應采用硬印標記。
b)對冷成形鉻鎳奧氏體型不銹鋼封頭,應采用鐵素體儀、參照 GB/T 1954 在相互垂直的兩條母線上進行檢測。
[圖片]
這些數據表明，當分析需求涉及厚度方向應力或層間應力時（如復合材料分層分析、壓力容器設計等），必須選擇實體類單元（CSS8 或 C3D8I）；而當僅需關注面內應力時，殼單元（特別是 S4R）是更高效的選擇。
3. 不同分析類型的精度表現
四種單元在不同類型分析中的精度表現存在差異，這對于根據具體分析需求選擇合適單元具有重要指導意義。
<p>封頭用于封閉壓力容器的端部，又稱端蓋，承受內部壓力并確保容器的密封性。根據《<span style="color: rgb(9, 64, 142);">壓力容器封頭</span>（GB/T-25198-2023）》，封頭按照形狀分為半球形、橢圓形、碟形、球冠形、平底形和錐形，適用于不同的場景。</p><p>封頭的質量直接影響容器的安全性和使用壽命。使用仿真APP能夠在研發初期，在虛擬環境中直觀展示出各類封頭在不同工況下的性能情況
<p class="ql-align-justify"><span style="color: rgb(25, 27, 31);">石油化工生產工藝技術復雜，運行條件苛刻，任何一個小的失誤就有可能導致災難性后果。使用</span><strong style="color: rgb(25, 27, 31);">CAE仿真技術</strong><span style="color: rgb(25, 27
本文介紹了一種新的流體壓力滲透分析方法。該功能捕捉了流體被壓入橡膠密封圈和殼體間滲透效果，從而無需直接對流體進行建模。
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