外壓容器
關注創建者：匿名 創建時間：2021-11-19
外壓容器的實例教程
什么是外壓容器的穩定性和臨界壓力？內壓容器是否存在穩定性問題？
承受外壓載荷的殼體，當外壓載荷增大到某一值時，殼體會突然失去原來的形狀，或出現波紋，載荷卸去后，殼體不能恢復原狀，這種現象稱為外壓殼體的屈曲或失穩。
其實質是壁內壓應力由失穩前單純的壓應力狀態突然躍變為失穩時主要是彎曲應力狀態。
容器失去穩定性時的最小外壓力稱為臨界壓力pr，其值越大，表明容器抗失穩能力越強。
對于薄壁容器，只要壁內存在壓應力，就有先穩的可能。穩定問題不僅僅限于外壓容器，內壓容器有時也有穩定問題。例如受重量載荷和風彎矩作用產生軸向壓應力的直立內壓設備及有局部壓應力產生的內壓封頭，以及內壓臥式容器的鞍座處等，均有穩定性問題存在。
展開 分析類型：基于ANSYS屈曲分析
技術難點：非線性分析 弧長法
完成人：技術鄰 張小燕
業務咨詢網址：
http://www.yqgqt.org.cn/z/413925
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 壓力容器行業概述
仿真場景與內容
壓力容器行業中ANSYS的典型應用案例：
1 壓力容器強度及安全性分析
· 補強圈與筒體接觸特性分析
· 法蘭連接接觸分析
· 基于子模型的帶局部夾套臥式容器的應力分析
· 球罐在雪荷載下的應力分析
· 橢圓封頭中心接管應力分析
· 化工設備強度可靠性分析
· 斷裂損傷閥桿的受力狀態分析
· 基于Mechanical的調節閥水壓靜力學仿真實驗分析
· 壓力容器整體強度、變形分析
· 球罐強度、變形分析
2 壓力容器穩定性分析
· 外壓容器穩定性分析
· 大型壓力容器非線性屈曲分析
· 壓力容器屈曲分析
· 液壓管屈曲仿真試驗分析
3 壓力容器耦合場分析
· 固定管板式換熱器的熱-結構耦合分析
· 支撐式支座與裙座熱應力分析
· 壓力管道流體-結構-熱耦合及線性化評定分析
· 閥內件（閥芯與導套）滑動間隙分析
· 壓力容器三點焊接殘余應力仿真分析
4 壓力容器疲勞分析
· 壓力容器法蘭螺栓螺紋疲勞壽命分析
· 吸收塔上封頭多孔區疲勞分析
5 壓力容器優化設計
· 壓力容器尺寸優化分析
· 高壓閥門的優化分析
· 氨合成塔支撐式支座優化設計分析
6 壓力容器振動性能分析
· 球罐動力學分析
· 安全閥的抗震分析
· 高塔及加強圈振動特性分析
7 壓力容器的流體動力學分析
· 調節閥Cv值計算和流場模擬分析
· 安全閥動作性能分析
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展開 該工況下LPG覆土罐屬于承受外壓的容器，需要同時考慮罐體結構強度和外壓穩定性兩方面的問題。與此同時，出于安全考慮，該工況還應將罐體內部介質卸料過程中所產生的負壓N4納入加載條件進行計算。
各工況下的載荷方式如下表1所示：
失效模式的考慮
（1）LPG覆土罐在設計工況、耐壓試驗工況、地震工況下均承載內壓載荷，且內部壓力載荷大于外部壓力載荷，屬于內壓容器。因此，設計工況、耐壓試驗工況和地震工況下只用對罐體進行強度計算，對罐體結構進行防止塑性垮塌失效評定。
（2）覆土工況下，由于罐體內部不承受介質作用的正壓力，僅承受覆土載荷和罐體不均勻支撐載荷，屬于外壓容器。因此，該工況下需要同時考慮罐體結構的強度和外壓穩定性，同時對罐體結構進行防止塑性垮塌失效評定和屈曲失效評定。
工程設計案例
基于文中的設計方法，以某工程中2000m3的LPG覆土罐的設計參數為例，對罐體結構進行設計。
（1）設計參數，如下表2所示：
（2）載荷分析，如下表3所示：
（3）有限元模型和邊界條件的施加：
在ANSYS Workbench中，分別對LPG覆土罐進行設計工況、耐壓試驗工況、地震工況以及覆土工況的有限元分析計算，并對罐體的應力集中部位進行線性化操作處理，判斷計算結果是否滿足設計要求。建立1/2對稱全模型，設定材料參數，采用20節點的Solid 186單元劃分網格，網格數總計197820，節點數總計1011886，厚度方向劃分3層，分別考慮了“middle hard”或“middle soft”兩種形式的沙床基礎的計算。
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外壓容器穩定性分析
輸入條件
幾何模型、外壓
仿真流程
結果與效果
?全模型與1/2 模型計算所得臨界壓力均為1.24MPa ，這是由于在側向外壓作用下，圓筒僅沿圓周方向失穩，軸向對稱面不會影響失穩時非對稱突變。
?采用特征值法可以有效計算其失穩模態。
外壓容器的失穩
圓筒受到外壓作用后，在筒壁內將產生徑向和環向應力，其值與內壓圓筒一樣。它的強度破壞形式也一樣。但外壓圓筒壁內的壓縮應力經常是當其數值還遠遠低于材料的屈服極限時，筒體就已經被壓癟或發生皺褶，在一瞬間失去自身原來的形狀。
圓筒按失穩形式可進行如下分類：整體失穩和局部失穩。其中整體失穩根據方向性又分為側向失穩和軸向失穩。
壓力容器強度及安全性分析
· 補強圈與筒體接觸特性分析
· 法蘭連接接觸分析
· 基于子模型的帶局部夾套臥式容器的應力分析
· 球罐在雪荷載下的應力分析
· 橢圓封頭中心接管應力分析
· 化工設備強度可靠性分析
· 斷裂損傷閥桿的受力狀態分析
· 基于Mechanical的調節閥水壓靜力學仿真實驗分析
· 壓力容器整體強度、變形分析
· 球罐強度、變形分析
2 壓力容器穩定性分析
· 外壓容器穩定性分析
（2）覆土工況下，由于罐體內部不承受介質作用的正壓力，僅承受覆土載荷和罐體不均勻支撐載荷，屬于外壓容器。因此，該工況下需要同時考慮罐體結構的強度和外壓穩定性，同時對罐體結構進行防止塑性垮塌失效評定和屈曲失效評定。
工程設計案例
基于文中的設計方法，以某工程中2000m3的LPG覆土罐的設計參數為例，對罐體結構進行設計。
穩定問題不僅僅限于外壓容器，內壓容器有時也有穩定問題。例如受重量載荷和風彎矩作用產生軸向壓應力的直立內壓設備及有局部壓應力產生的內壓封頭，以及內壓臥式容器的鞍座處等，均有穩定性問題存在。
該工況下LPG覆土罐屬于承受外壓的容器，需要同時考慮罐體結構強度和外壓穩定性兩方面的問題。與此同時，出于安全考慮，該工況還應將罐體內部介質卸料過程中所產生的負壓N4納入加載條件進行計算。
在承受壓應力的結構中，比如承受外壓的容器，當直徑與壁厚比值較大時（GB150《壓力容器》中規定Do/t>20時），屈曲失效很可能先于塑形垮塌失效出現，為保證結構安全，在外壓容器的設計中，屈曲分析是一項非常重要的設計工作。
分析類型：基于ANSYS屈曲分析
技術難點：非線性分析 弧長法
完成人：技術鄰 張小燕
業務咨詢網址：
http://www.yqgqt.org.cn/z/413925
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。
