壓力容器設計的案例
壓力容器ansys優化設計
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
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展開 Abaqus應力線性化-ASME Sec VIII Div 2_壓力容器分析設計
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 ANSYS Workbench壓力容器壁厚優化設計 ￥19
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。
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基于Hyperworks的壓力容器輕量化設計
基于Hyperworks的壓力容器輕量化設計
1.設計背景
壓力容器在機械、石油化工、食品、輕工等多種工業領域得到了廣泛地應用?？紤]到容器的安全性問題，設計者總是通過增大壓力容器壁厚，以增強容器的承壓能力，設計的容器既笨重又浪費材料，制造的成本明顯較高。因此，設計出既滿足性能要求又節約材料的壓力容器就成為設計者們追求的目標。
本文采用 Hypermesh有限元分析軟件建立了壓力容器的三維模型，對容器各部位進行詳細的應力計算與分析。將容器的質量作為優化目標，結構的等效應力作為約束條件，通過Optistruct對容器的壁厚進行了優化，降低了結構的厚度，使得材料得到了有效地利用。
2 壓力容器結構參數
圖1為壓力容器，其球形封頭與接管連接區的結構如圖1所示，相關參數見表1所示。容器的封頭材料為16MnR，接管材料選用16Mn。
圖1 壓力容器結構
表1 壓力容器結構參數
參數
數值
參數
數值
248.5
24
39
31
3 壓力容器簡化模型的建立
壓力容器的設計壓力=32Mpa，彈性模量，泊松比。壁厚的取值范圍，，許用應力為。
展開 壓力容器設計中的應力分類
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。
展開 Workbench 在壓力容器分析設計中的應用技巧
圖 13 節點位移詳細列表導出菜單
7 便捷的耦合分析
Workbench 的另一個便捷之處是進行耦合分析時，如壓力容器分析中經常遇到的屈曲分析和熱固分析，只要通過一個簡單的拖拉動作即可完成，具體操作不再詳述。
8 小結
目前，Workbench 在壓力容器分析設計中的便捷性和高效性已相當突顯。相信隨著Workbench 更高版本的發布，會給用戶帶來越來越的驚喜和體驗，同時給企業創造越來越大的價值！
壓力容器吊耳強度設計計算、撬座吊耳計算、多類型吊耳計算等參數秒算
一、壓力容器設計吊耳強度計算
以上為三種吊耳型號，分別是:AX型、TPP型、SP型，截圖均是部分，并未截全，有點長...各位看個大概就行，反正資料確實挺好的，一般的地方也找不到，普通人不光點錢也弄不來。
二、撬座計算書
sheet2、3是空表沒有內容，上方內容截圖是全的。
三、上吊耳強度計算書
四、主鉤耳板
此文件用的是宏編輯，用的VBA數據庫，存在一些程序，所以沒有VBA安裝包需要下載一個，若您已有VBA安裝包，安裝完成后，重新啟動即可使用（針對wps），office應該是本身就帶，應該不用此操作。
五、吊耳強度計算書
設計仿真 | MSC Apex壓力容器應力線性化的應用方法
應力線性化是針對壓力容器設計常用的一種技術。在工程領域，應力線性化在分析復雜載荷條件下構件的結構完整性方面起著至關重要的作用。準確的應力線性化對于評估是否符合行業標準(如美國機械工程師協會(ASME)制定的標準)至關重要。為了簡化應力線性化的過程，MSC Apex通過自動化的轉換，輸出符合ASME標準的應力線性化結果。
在MSC Apex 2023.3版本中，將Stress Linearization（應力線性化）插件添加到標準用戶自定義面板中，位置如下圖所示：
應力線性化插件位置
MSC Apex的應力線性化插件，基于MSC Nastran H5數據結果，結果文件中必須包含應力張量。在使用過程中，用戶需要定義一個應力分類線（SCL），可輸入兩個端點，或者直接拾取某個曲線，再定義采樣點的數量。另外還需要定義一個應力分類面（SCP）。基于以上輸入，在由SCL和SCP定義的局部坐標系中的采樣點中計算應力分量。通過路徑曲線，應力分量被傳遞到Python腳本中，以計算等效的膜應力和彎曲應力分量，并生成數據及報告。
應力線性化操作方法
下圖中所示的模型為1/4的壓力容器，使用線性六面體單元建模，通過施加對稱邊界條件模擬完整的壓力容器。我們以該模型為例，對MSC Apex中應力線性化的工具進行操作演示。
展開 SolidWorks包絡倒角在壓力容器設計建模的應用 ￥5
3．重要的是——設計實踐中，基于功能需求，往往需要突破標準——開孔大小和板厚的選取都無標準可循；而標準也開有一個口子——即允許采用仿真或力學理論進行應力分析。在非標設計中，往往也存在一些經驗公式可用，一般設計過程就是基于經驗公式進行初步設計，然后通過力學理論或者仿真軟件進行驗證和優化。標準開孔補強方案中：貼補強圈的方案簡單、浪費材料少，但貼板與母體材料貼合不嚴密，受力狀態不是最佳的，在開孔處與接管焊接位置焊縫重要卻不容易焊透；還有一種整體鍛件接管，受力狀態很好，但這種方式成本較高，基本用于較小尺寸的設計。
基于力學理論，在開孔位置附近（局部范圍）作較厚的板厚設計，其厚板范圍和厚度可參考貼板補強圈尺寸——這樣的方式成本介于貼板補強圈和鍛件接管之間。在較為重要的非標壓力容器設備中其成本差異往往可以忽略，但能獲得較好的受力狀態。
上述方式涉及不等厚板之間的對接焊連接，壓力容器標準中規定了不等厚板之間連接厚板邊界的過渡倒角尺寸（即，倒角長度≥3倍的板厚差）；壓力容器開孔位置往往是曲面板（并且往往是圓柱、橢圓或錐形），開孔處常常是相貫線，后文的實例中將會看到，在SolidWorks建模中，在相貫線上應用普通倒角方式建立的模型是錯誤的。
針對這種相貫線上進行倒角正是倒角的“包絡線控制”選項的具體應用場景；同樣，為了進一步對開孔位置的焊縫進行詳細建模，也是涉及“包絡線控制”的具體應用。下面的實例將以此為應用場景，逐步展開進行論述。
展開 學好壓力容器分析設計的核心永遠是“分析”而非有限元軟件
達然不羈
仿真xiu專欄作者
目前壓力容器設計方法中，基于彈性失效準則的“規則設計”占據主導地位，也能夠解決絕大部分常規設備的設計任務，但隨著石油化工行業的發展，承壓設備越來越大型化和復雜化，在工程設計中，經常會遇到結構比較特殊，且缺少設計理論和設計方法的問題。
壓力容器分析設計的現狀與挑戰
近些年來，隨著數值方法尤其是有限元法的不斷發展和完善，基于有限元法和各種先進設計理論的發展研究，“分析設計”作為力學理論與工程實際緊密結合的產物，代表了近代設計的先進水平，在壓力容器行業中得到越來越廣泛的應用。
其一，分析設計可以解決規則設計無法解決的問題；
其二，分析設計采用更為符合實際的彈塑性失效準則和塑性失效準則，簡單來說，其先進性在設備設計上的優勢主要體現在可將原本粗大笨重的設備進一步的優化，能大大減少設備材料浪費，降低制造成本。
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學好壓力容器分析設計的核心永遠是“分析”而非有限元軟件
作者：達然不羈，Fangzhenxiu專欄作者
來源：本文為Fangzhenxiu原創作品，上海安世亞太授權轉載
前言
目前壓力容器設計方法中，基于彈性失效準則的“規則設計”占據主導地位，也能夠解決絕大部分常規設備的設計任務，但隨著石油化工行業的發展，承壓設備越來越大型化和復雜化，在工程設計中，經常會遇到結構比較特殊，且缺少設計理論和設計方法的問題。
壓力容器分析設計的現狀與挑戰
近些年來，隨著數值方法尤其是有限元法的不斷發展和完善，基于有限元法和各種先進設計理論的發展研究，“分析設計”作為力學理論與工程實際緊密結合的產物，代表了近代設計的先進水平，在壓力容器行業中得到越來越廣泛的應用。
其一，分析設計可以解決規則設計無法解決的問題；其二，分析設計采用更為符合實際的彈塑性失效準則和塑性失效準則，簡單來說，其先進性在設備設計上的優勢主要體現在可將原本粗大笨重的設備進一步的優化，能大大減少設備材料浪費，降低制造成本。
展開 設計仿真 | MSC Apex壓力容器應力線性化的應用方法
應力線性化是針對壓力容器設計常用的一種技術。在工程領域，應力線性化在分析復雜載荷條件下構件的結構完整性方面起著至關重要的作用。準確的應力線性化對于評估是否符合行業標準(如美國機械工程師協會(ASME)制定的標準)至關重要。為了簡化應力線性化的過程，MSC Apex通過自動化的轉換，輸出符合ASME標準的應力線性化結果。
在MSC Apex 2023.3版本中，將Stress Linearization（應力線性化）插件添加到標準用戶自定義面板中，位置如下圖所示：
應力線性化插件位置
MSC Apex的應力線性化插件，基于MSC Nastran H5數據結果，結果文件中必須包含應力張量。在使用過程中，用戶需要定義一個應力分類線（SCL），可輸入兩個端點，或者直接拾取某個曲線，再定義采樣點的數量。另外還需要定義一個應力分類面（SCP）?；谝陨陷斎?，在由SCL和SCP定義的局部坐標系中的采樣點中計算應力分量。通過路徑曲線，應力分量被傳遞到Python腳本中，以計算等效的膜應力和彎曲應力分量，并生成數據及報告。
應力線性化操作方法
下圖中所示的模型為1/4的壓力容器，使用線性六面體單元建模，通過施加對稱邊界條件模擬完整的壓力容器。我們以該模型為例，對MSC Apex中應力線性化的工具進行操作演示。
展開 纏繞復合材料壓力容器設計仿真一體化工具-WoundSIM
纏繞復合材料壓力容器具有重量輕、壓力大等優點,是充分發揮纖維強度的最優結構,因此廣泛應用于航空、航天等領域。盡管它們可以自給式呼吸器方式為航空航天器提供氧氣和氣體存儲，但是復合材料壓力容器的主要以及最終市場仍然是大量用于運輸壓縮天然氣（CNG）以及乘用車中的燃料存儲，應用于動力總成依賴于CNG和氫氣以替代汽油和柴油的公共汽車和卡車。WoundSIM是S-VERTICAL公司開發的一款用于纏繞復合材料壓力容器（COPVs）設計、數值模擬和優化的新一代工具。
02：產品概述
在已有類型工具基礎上，提供獨立可視化圖形界面，強化了參數鋪層建模，引入結構優化與試驗設計功能，滿足復合材料結構設計仿真一體化的需求。
圖. 纏繞復合材料壓力容器設計仿真一體化
當定義復合材料層表時，使用圖形界面即時查看復合材料層。調整纏繞角時，可自動計算與調整結構層厚度?？赏ㄟ^COPV結構計算和分配鋪層材料性能。
圖.
展開 基于 ANSYS 的壓力容器可靠性分析
而壓力容器具有非常多的類型。比如按照產品的品種進行劃分，其主要有反應類型的壓力容器、換熱類型的壓力容器、分離類型的壓力容器、存儲類型的壓力容器等。壓力容器因為具有對安全性要求高的特點，因此對其可靠性進行科學、仔細的研究與分析就具有了非常重要的意義。而將 ANSYS 有限元軟件與壓力容器的可靠性分析進行結合，可以應用 ANSYS 有限元軟件的網絡化技術優點，對于壓力容器的可靠性進行更加直觀性、科學性的分析，有利于我們對壓力容器的一些相關數據進行完整性的分析與求解，最終驗證壓力容器的可靠性。其中，基于 ANSYS在壓力容器可靠性設計，與一般機械產品的設計具有非常大的不同，其主要有以下三個特點。
第一，基于 ANSYS 的壓力容器其安全系數的取值不僅僅與可靠性設計中的應力、強度均值有關，還與曲線的離散程度有關。而一般的機械性產品只需對可靠性設計中的應力值、強度數值隨曲線的分布特點進行分析。從這一點來看，可靠性壓力容器設計中安全系數可以通過 ANSYS 有限元軟件中的函數在計算機中進行直觀化的展現，可以更為真實地反映出壓力容器的最真實狀態。
第二，壓力容器可靠性設計中對于強度的考慮隨時間的增長而減弱，導致可靠性的表達具有時間的限制。因此我們完全可以依據可靠性的設計來預測壓力容器的使用壽命。具體來講，壓力容器在經過了多少小時后，其失效的概率是多少。
第三，壓力容器的可靠性設計與其周圍的環境條件具有非常大的關系。比如環境介質、溫度的變化、沖擊振動等因素都對于壓力容器的可靠性設計起著非常重要的影響。其中對于分析壓力容器的可靠性，往往可以通過對其應力值與強度值之間的關系進行分析與實現。比如：其強度值大于應力值，表示該壓力容器具有可靠性的特點，它是在進行正常的工作。
而強度值與應力值都是連續變化的變量，我們可以通過有關的分析將其繪制在同一坐標中進行分析。而它們主要呈現出三種情況。
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