壓力容器分析設計的案例
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 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！
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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 ANSYS壓力容器應力分析報告
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。
展開 ANSYS在壓力容器行業的應用-應力強度分析
JB4732《鋼制壓力容器-分析設計標準》所規定的應力強度要求。
壓力容器有限元彈塑性分析的一點理解和感悟
上述是對彈塑性分析在有限元軟件AWB中實現的一個簡單步驟的介紹，實際操作過程中有很多需要注意的地方，一個地方出錯可能會導致滿盤皆輸，彈塑性分析是一個建立在對理論的理解和經驗的基礎上且需要不斷摸索過程，因是非線性分析，就會存在最大的一個問題—時間性和收斂性，而計算能否收斂和能否提高計算效率則取決于很多因素，包括模型、網格、求解設置等多方面因素均會影響最終計算的時間性和收斂性。雖然彈塑性分析已引入國內，但筆者以為要想在短時間內取代彈性分析的應力分類法幾乎是不可能的，目前也就只能作為應力分類法的一個輔助驗證方法得以應用，彈塑性分析對設計人員的理論和操作水平、計算結果、計算效率、計算硬件、計算成本要比彈性線性分析要求高得多（比如上述的簡單開孔接管結構，采用彈塑性分析在一臺高配置的電腦上計算時間花了將近三個半小時，而如果采用彈性分析的話，在高配置的電腦上計算時間可能僅需一分鐘，孰輕孰重一目了然。后續筆者會對彈塑性分析的理論和計算過程中遇到的一些常見問題進行歸納總結，與朋友們一起分享學習。
如有對壓力容器分析設計感興趣的朋友，可以關注下面關注：
展開 夾套壓力容器設計壓力的選取
題目：夾套內介質為蒸汽，設計壓力0.5Mpa，內筒及夾套材料均為Q245R，設計溫度150℃。設計溫度下的許用應力為140Mpa，常溫下許用應力為148Mpa。該設備的液壓試驗壓力PT正確的是（ ）。
A.0.66Mpa(內筒)，0.75Mpa (夾套)
B.0.75Mpa(內筒)，0.66Mpa(夾套)
C.0.66Mpa(內筒)，0.66Mpa夾套)
D.0.75Mpa(內筒)，0.75Mpa(夾套)
針對上面的題目，我們來進行延伸講解。
GB/T 150中明確了確定公用元件的計算壓力時，應考慮相鄰室之間的最大壓力差。
中間受壓元件的設計壓力參數，根據以下不同的工況進行選?。? 1、內筒常壓，夾套正壓
內筒以夾套設計壓力作為外壓計算的計算壓力；以夾套水壓試驗壓力作為外壓校核的計算壓力。
2、內筒正壓，夾套正壓
非壓差法設計：不能保證任何時候兩側同時受壓
以內筒設計壓力作為計算壓力并確定壁厚；按夾套設計壓力作為外壓計算的計算壓力；以夾套水壓試驗壓力作為外壓校核的計算壓力。
壓差法設計：能保證任何工況下兩側同時受壓
以設計壓差作為中間受壓元件計算壓力并確定壁厚，當內筒壓力比夾套壓力大時，按內壓計算；當內筒壓力比夾套壓力小時，按外壓計算；以夾套水壓試驗壓力作為中間受壓元件外壓校核的計算壓力。
3、內筒真空，夾套正壓
以設計壓差作為中間受壓元件的計算壓力并確定壁厚；按夾套水壓試驗壓力作為外壓校核的計算壓力。
展開 “Ansys Workbench壓力容器有限元分析”高級培訓
壓力容器中的
沖擊和碰撞計算
1、瞬態動力學簡介
2、瞬態動力學理論
3、積分時間步長選取準則
4、完全法的基本設置
5、完全法的初始條件
6、完全法的支持的載荷和支撐條件
7、基于模態疊加法的瞬態動力學
8、沖擊載荷作用下結構動力響應計算
9、結構碰撞動力計算
工程實例-1：大型壓力容器的地震響應分析
工程實例-2：海上浮動核電站壓力容器抗沖擊計算
工程實例-3：超高速飛行物撞擊壓力容器的數值模擬
壓力容器
結構優化設計
1、結構優化設計簡介
2、壓力容器結構優化設計的數學模型
3、壓力容器優化設計三要素
4、Ansys WB優化計算方法解析
5、軟件設置技巧
6、結構輕量化設計方法
工程實例-1：壓力罐輕量化設計
備注
1、開課前老師會針對學員反饋的技術問題進行分析，對共性問題在課堂中老師會與學員共同分析探討、個性問題將在課下單獨交流。
展開 石油化工設備設計之——帶削邊結構橢球形封頭壓力容器靜力分析仿真APP
對于較復雜的仿真結果，還可以在線咨詢仿真APP開發者，獲取專業的仿真結果分析指導。</span></p><p class="ql-align-justify">整理了<strong>10款石油化工設備仿真APP</strong>供大家體驗：<a href="http://www.yqgqt.org.cn/post/1963414" rel="noopener noreferrer" target="_blank" style="color: rgb(0, 102, 204);">www.yqgqt.org.cn/post/1963414</a>。不符合要求，還可以<strong>個性化定制</strong>。</p><p><br></p><p><span style="background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(68, 68, 68);">下面介紹一款</span><strong style="background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(68, 68, 68);">帶削邊結構橢球形封頭壓力容器靜力分析仿真APP：</strong></p><div contenteditable="false" width="100%">
壓力容器橢球封頭的主要用途是用于壓力容器的制造，特別是那些需要承受一定壓力和具有存儲功能的容器，如反應釜、儲罐、換熱器等。橢球封頭因其特殊的形狀設計，具有較好的受力性能，能夠有效地分散和承受容器內部的壓力。橢球封頭還具有加工容易、造型美觀等特點，因此在石油、化工、輕工、醫藥、食品等許多行業都得到了廣泛的應用。
展開 
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
展開 壓力容器設計中的應力分類
當容器接管或其他配件受局部外力作用時，在容器殼體上必然產生局部應力。其次，容器支座是靠與它接觸的殼體支承著整個容器的，容器本身重量及內存介質的重量通過支座反作用于容器殼體上，于是就產生很大的局部應力，因型容器，特別是大型儲罐時，必須考慮這種局部應力的影響。
歡迎關注微信公眾號：FESIM有限元分析
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 設計仿真 | Marc 壓力容器應力線性化的應用方法
這個新插件是用戶插件菜單的子菜單結果的一部分，位置如下圖所示：
圖1 應力線性化插件位置
應力線性化是壓力容器分析中常用的一種技術。它通過等效薄膜應力和彎曲應力近似于貫穿厚度的應力場（沿著應力分類線（SCL）），另外，當應力作用在厚度方向的橫截面上（稱為應力分類面（SCP））。仿真應力數據根據美國機械工程學會（ASME）的指南進行應力評估。
為了使用應力線性化插件，必須在結果文件中提供應力張量。用戶必須定義SCL的兩個端點，對于三維模型，還必須定義一個點來定義SCP，以及SCL上的采樣點數量。基于該輸入，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。
應力線性化插件使用如下圖2所示的模型進行說明。該模型采用線性六面體單元，對容器截面的四分之一進行建模，材料為線性彈性，邊界條件包括對稱條件和壓力載荷，分析是小應變分析。
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