外壓容器的案例
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？
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 碟形容器外壓非線性屈曲，采用弧長法（原創，如轉載，請注明出處）
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
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 全面集成，精準預測 | 《ANSYS在壓力容器行業的經典應用案例》現已開放領取
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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LPG覆土罐有限元分析設計方法和工程案例！
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。
展開 LPG覆土罐有限元分析設計方法和工程案例！
該工況下LPG覆土罐承受內壓，因此，設計過程僅需考慮罐體結構的強度問題。
（4）覆土工況：覆土工況為LPG覆土罐建造過程中罐體表面覆蓋沙土過程的工況，該工況下罐體僅承受外部的覆土載荷、罐體不均勻支撐載荷、軸向載荷、外部載荷以及自重載荷。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。
展開 Ansys在壓力容器行業的典型應用（上）
壓力容器整體強度、剛度分析
輸入條件
壓力容器有關模型及材料數據，接觸連接關系，筒端固定約束，溫度及設計壓力。
仿真流程
結果與效果
?罐體模型更改前后的變形云圖。變形量由19.8mm降低至5mm。
?通過方案分析對比，改進方案消除了較大的異常變形，方案合理。
球罐強度、變形分析
輸入條件
壓力容器三維模型，接觸連接關系，內壓、風、雪載荷。
仿真流程
結果與效果
?定量分析球罐在自重、內壓、風壓、雪壓及地震波共同作用下的應力分布和變形。
?有效預測結構設計中的薄弱環節，作為安全性等性能的評價指標。
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。
展開 自主CAE | 基于PERA SIM的外壓薄壁圓筒特征值屈曲分析
1.引言
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，出現被壓扁或出現波折等現象，此時殼體發生了屈曲，它是外壓殼體破壞的常見形式之一。失穩是外壓殼體的內在屬性。因為外部干擾總是存在的，如材料、幾何形狀的缺陷等。一旦P>Pcr，必然會導致失穩破壞。薄壁外壓殼體往往發生彈性失穩，即失穩時，其薄膜壓應力常常低于材料的比例極限或屈服極限。隨著外壓殼體的厚度增加，臨界壓力增大，其薄膜壓應力高于材料的屈服極限時才會失穩，被稱為彈塑性失穩。
通常，我們會利用有限元法進行特征值屈曲分析。特征值屈曲分析屬于線性分析，它對結構臨界失穩力的預測往往高于結構實際的臨界失穩力，但特征值屈曲分析作為非線性屈曲分析的初步評估作用卻十分有用。特征值分析得到的是屈曲載荷和相應的失穩模態，分析簡單，計算速度快，在實際工程中應用大。
PERA SIM Mechanical是安世亞太自主開發的一款機械仿真分析軟件，基于PERA SIM通用仿真軟件架構，可以實現與流體、電磁、聲學等物理場的耦合分析計算。PERA SIM Mechanical求解器可以完成如下分析功能：結構靜力學分析、模態分析、瞬態動力學分析、諧響應分析、反應譜分析、屈曲分析、隨機振動分析、熱分析(穩態+瞬態)以及并行計算。
本文借助結構有限元軟件中的屈曲分析模塊完成了外壓薄壁圓筒特征值屈曲分析，展現了軟件豐富的操作功能，并且與國際成熟軟件的計算結果對比，驗證了計算的準確性，為學者和工程師提供了特征值屈曲分析的一種新方法。
圖1 失穩的容器
2. 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。
展開 Workbench中進行屈曲分析
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。
GB 150《壓力容器》 第3部分第4章中給出了外壓圓筒和外壓球殼的設計規則，在滿足標準中的結構形式下，按照標準設計比較方便，也容易得到業主的認可。but，我們設計的結構總是奇形怪狀的，標準只能照顧到它喜歡的形式，怎么辦？這時候就可以用分析設計的方法了，采用有限元軟件進行屈曲分析。
有限元技術發展到今天，市場上的商業軟件林林總總，但基本上功能都差不多，如ansys、abaqus、nastran等等都可以方便地實現屈曲分析。屈曲分析分為線性屈曲分析（特征值屈曲）和非線性屈曲分析（考慮結構非線性、材料非線性等）。
在ansys workbench平臺下，實現屈曲分析的方法如下：
特征值屈曲分析
實現特征值屈曲分析比較簡單。先進行靜力分析，然后將靜力分析結果作為預應力施加到特征值屈曲分析中進行求解。在workbench中，先拖入Static Structural，然后拖入Egenvalue Buckling 進行如下連接。
1）在Static Structural中建立好模型，材料屬性設置為線彈性，添加邊界條件進行靜力分析。
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