內壓容器的案例
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 基于 ANSYS 的壓力容器可靠性分析
對于以上的理論進行仔細的研究，有利于我們依據這些理論建立起有效基于 ANSYS的壓力容器可靠性分析的模型，并且對于模型中的數據與信息進行驗證和求解。
2 模型的建立
ANSYS 作為一種大型通用的有限元分析軟件需要與現代的網絡計算機技術進行融合性的應用。因此，我們對于基于 ANSYS 的壓力容器可靠性進行分析，就可以采用構建出網絡模型的方式來進行。比如：我們構建出一個帶接管的內壓容器對其進行有效的分析，如圖1。
圖1 帶接管的內壓容器
這個帶接管的內壓容器主要的參數有接管尺寸508mm×10mm,容器尺寸2200mm×18mm,補強圈尺寸 1000mm×18mm,彈性模量 2.1×105MPa，受均布內壓 1.0MPa，容器半徑服從正態分布 5.5mm，其應力值服從 1.83mm，容器壁厚服從正態分布18mm，其應力值服從 0.36mm，接管半徑服從正態分布 254mm，其應力值服從 0.42mm，接管壁厚服從正態分布 10mm，其應力值服從 0.2mm，揚氏彈性模量服從正態分布 young，其應力值服從young×0.02，均布內壓服從正態分布 pressure，其應力值服從 pressure×0.05。因此，我們根據模型對稱的結構，建立具有四分之一的有限元實體模型的壓力容器，在模型的斷面處對于對稱邊界進行約束，對于其連續對稱性結構進行模擬。將壓力載荷施加在容器的內表面，對其實體模型進行網絡化的劃分。因此，我們通過對于帶接管的內壓容器在正態分布情況下的分布進行分析，就可以通過對此模型的應用及可靠性的公式進行該壓力容器可靠性系數的求解，最終建立起壓力容器強度值與應力值的概率密度函數，通過有關的運算，對于隨機的變量進行全面的分析與求證。
展開 我國纖維纏繞技術發展簡史分享
哈爾濱玻璃鋼研究院于1964年提出螺旋纖維纏繞基本規律（即切點法），并給出了這一規律的數學表達式，即纏繞速比計算；在國內首次提出封頭曲面上的纖維軌跡位于一個平面內，順利解決了封頭曲面纖維纏繞中心角的計算問題，為纏繞機的設計和工藝設計提供了理論依據，依據這個規律，哈玻院設計制造了機械式纏繞機，如圖1所示。利用這些設備,研制出若干類型壓力容器,實現了我國纖維纏繞工藝的機械化。同時，在纏繞制品的結構設計、原材料選擇及防滲內襯等工藝技術關鍵問題方面都取得了突破性進展。北京玻鋼院復合材料有限公司1964年實現了標準線（當時稱“北極星纏繞”）纏繞（即標準線法），歸納總結出纏繞規律的通用公式，建立了測地線纏繞規律運動方程，描述了一個線型中各量之間的關系。
到1965年，我國已完全掌握了螺旋纏繞的基本規律，實現了全機械化螺旋纏繞。中國纖維纏繞技術于20世紀60年代初正式誕生。
圖1 哈玻院研制的纏繞機
3. 纖維纏繞技術的發展
在20世紀70年代至90年代末的20多年間，我國對纖維纏繞技術進行了全面研究。完成了纖維纏繞基本規律、異型纏繞規律的探索、完善了機械式纖維纏繞設備的開發，對纖維纏繞制品的設計、制造工藝、結構計算和性能測試進行研究。這一時期，全面發展的纖維纏繞技術主要表現在理論的進一步探索和完善以及裝備的研發上。
3.1 纖維纏繞技術的理論探索和完善
北京玻鋼院復合材料有限公司于1975年推導出了纖維纏繞內壓容器中的設計計算公式以及計算出容器封頭纏繞包角公式。1987年，編制成功纏繞機運動方程組計算機程序，使氣瓶及其他回轉制品纏繞規律的運動設計和實施趨于完善、科學，為機械式纏繞機的運動設計、計算機控制纏繞機的軟件設計提供了依據。
1965年我國完全掌握了纏繞規律和纏繞速比計算方法，實現了螺旋纏繞排線機械化。
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哈爾濱玻璃鋼研究院于1964年提出螺旋纖維纏繞基本規律（即切點法），并給出了這一規律的數學表達式，即纏繞速比計算；在國內首次提出封頭曲面上的纖維軌跡位于一個平面內，順利解決了封頭曲面纖維纏繞中心角的計算問題，為纏繞機的設計和工藝設計提供了理論依據，依據這個規律，哈玻院設計制造了機械式纏繞機，如圖1所示。利用這些設備,研制出若干類型壓力容器,實現了我國纖維纏繞工藝的機械化。同時，在纏繞制品的結構設計、原材料選擇及防滲內襯等工藝技術關鍵問題方面都取得了突破性進展。北京玻鋼院復合材料有限公司1964年實現了標準線（當時稱“北極星纏繞”）纏繞（即標準線法），歸納總結出纏繞規律的通用公式，建立了測地線纏繞規律運動方程，描述了一個線型中各量之間的關系。
到1965年，我國已完全掌握了螺旋纏繞的基本規律，實現了全機械化螺旋纏繞。中國纖維纏繞技術于20世紀60年代初正式誕生。
圖1 哈玻院研制的纏繞機
3. 纖維纏繞技術的發展
在20世紀70年代至90年代末的20多年間，我國對纖維纏繞技術進行了全面研究。完成了纖維纏繞基本規律、異型纏繞規律的探索、完善了機械式纖維纏繞設備的開發，對纖維纏繞制品的設計、制造工藝、結構計算和性能測試進行研究。這一時期，全面發展的纖維纏繞技術主要表現在理論的進一步探索和完善以及裝備的研發上。
3.1 纖維纏繞技術的理論探索和完善
北京玻鋼院復合材料有限公司于1975年推導出了纖維纏繞內壓容器中的設計計算公式以及計算出容器封頭纏繞包角公式。1987年，編制成功纏繞機運動方程組計算機程序，使氣瓶及其他回轉制品纏繞規律的運動設計和實施趨于完善、科學，為機械式纏繞機的運動設計、計算機控制纏繞機的軟件設計提供了依據。
1965年我國完全掌握了纏繞規律和纏繞速比計算方法，實現了螺旋纏繞排線機械化。
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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 焊接質量檢測方法：密封性檢驗
一般情況下，可采用以下幾種方式進行檢測：
1、沉水試驗
用于受較小內壓的小型容器或管道。檢驗前先對容器或管道充以一定壓力(0.4-0.5MPa)的壓縮空氣，然后沉水以檢驗密封性，如右泄漏；水中必有氣泡發生。這也是檢查自行車內胎是否漏氣的常用乎段。
2、盛水試驗
以水自重所產生的靜壓檢驗結構有無滲漏現象。以目測為主，適用于不受壓但要求有密封性的一般焊接結構。
3、氨滲漏試驗
用途與煤抽滲漏試驗相同，其靈敏度高于煤油滲漏試驗。試驗前先在焊縫便于觀察一側粘貼浸過質量分數為5%的HgNO3，水溶液或酚酞試劑的白紙條或繃帶，然后在容器內充氨氣或加有體積分數為1%氮氣的壓縮空氣。如有泄漏，就會在白紙條或繃帶上泛出色斑。浸過質量分數為5%HgNO3水溶液的為黑斑，浸過酚酞試劑的為紅斑。
4、煤油滲漏試驗
用于受較小內壓及要求有一定密封性的焊接結構。煤油滲透性強，非常適合焊縫的密封性檢驗。檢驗前先在焊縫便于觀察一側刷石灰水，于燥后在焊縫另一側刷涂煤油，如有穿透性缺陷，石灰層上會泛出煤油斑或煤油帶。觀察時間為15-30min。
5、氦質譜試驗
氦質譜試驗是目前密封性檢驗的最有效手段，氦質譜儀靈敏度極高，可檢出體積分數為10-6的氦。試驗前先在容器內充氦，然后在容器焊縫外側檢漏。缺點是氦氣價昂及檢驗周期較長。
展開 高溫模擬下冰塊的熱傳遞和融化過程 ￥19.89
在此之前，我們在課堂上學習過支架的線性靜力分析、壓力容器內壓靜力分析、含切口板材單軸拉伸模擬、罐與接管的熱分析、基體上薄膜脫粘分析等，結合這些基礎，通過設定材料屬性，使用ALE自適應網格控制，調用Umeshmotion子程序，來模擬高溫下冰塊的熱傳遞和融化過程。ABAQUS的Umeshmotion利用自適應網格技術在計算過程中自動調整節點位置，由此可進行燒蝕、磨損等涉及節點移動的模型仿真。
在ABAQUS中利用此可進行以下探究（本文僅進行案例復刻及一些改變）：
熱傳遞機制的模擬：在高溫環境下，模擬冰塊內部的熱傳遞機制，包括傳導、對流和輻射。ABAQUS提供了多種材料模型和邊界條件來模擬這些熱傳遞過程。例如，通過定義材料的熱導率、比熱容和熱膨脹系數，以及設置對流換熱系數和輻射參數，可以模擬冰塊在高溫環境中的熱響應。
融化動力學的探究：通過ABAQUS模擬冰塊在高溫條件下的融化速度和形態變化。ABAQUS的Umeshmotion子程序可以用來模擬冰塊融化過程中體積的不斷減少，這一仿真技巧也可以拓展應用到磨損、燒蝕、腐蝕等一系列涉及材料外形變化的仿真。
溫度分布的分析：利用ABAQUS模擬冰塊在不同溫度梯度下的內部溫度分布。通過設置初始溫度條件和對流換熱系數，可以研究薄膜內的溫度場，為后續的應力分析提供基礎。
物理性質變化的評估：在ABAQUS中模擬冰塊融化過程中物理性質（如密度、熱導率）的變化。這些性質的變化對熱傳遞和融化過程有重要影響，可以通過定義溫度-屬性關系表來進行模擬。
環境影響的考慮：研究環境因素（如壓力、氣流）對冰塊熱傳遞和融化過程的影響。ABAQUS允許設置復雜的邊界條件和初始條件，以模擬實際環境中的熱傳遞情況。
熱應力分析：由于溫度場的變化會導致結構的熱膨脹或收縮，從而產生熱應力。
展開 史上最全的儀表選型講解
符合下列條件者，可選用雙重孔板：
被測介質為干凈氣體、液體；
雷諾數大于（等于）3000、小于（等于））300000范圍內。
符合下列條件者，可選1／4圓噴嘴；
被測介質為干凈氣體、液體；
雷諾數大于200、小于100000范圍內。
符合下列條件者，可選圓缺孔板：
被測介質在孔板前后可能產生沉淀物的臟污介質（如高爐煤氣、泥漿等）；
必須具有水平或傾斜的管道。
③取壓方式的選擇
應考慮整個工程盡量采用統一的取壓方式。
一般采用角接取壓或法蘭取壓方式。
根據使用條件和測量要求，可采用徑距取壓等其它取壓方式。
（2）差壓變送器差壓范圍的選擇
差壓范圍的選擇應根據計算確定，一般情況下根據流體工作壓力高低不同宜選：
低差壓：6kPa，10kPa；
中差壓：16kPa，25kPa；
高差壓：40kPa，60kPa。
（3）提高測量精確度的措施
溫度壓力波動較大的流體，應考慮溫度壓力補償措施；
當管道直管段長度不足或管道內產生旋轉流時，應考慮流體校正措施，增選相應管徑的整流器。
（4）特殊型差壓流量計
①蒸汽流量計
飽和蒸汽的流量，當要求的精確度不高于2.5級，并為就地或遠傳積算時，可采用蒸汽流量計。
展開 史上最全的儀表選型講解
符合下列條件者，可選用雙重孔板：
被測介質為干凈氣體、液體；
雷諾數大于（等于）3000、小于（等于））300000范圍內。
符合下列條件者，可選1／4圓噴嘴；
被測介質為干凈氣體、液體；
雷諾數大于200、小于100000范圍內。
符合下列條件者，可選圓缺孔板：
被測介質在孔板前后可能產生沉淀物的臟污介質（如高爐煤氣、泥漿等）；
必須具有水平或傾斜的管道。
③取壓方式的選擇
應考慮整個工程盡量采用統一的取壓方式。
一般采用角接取壓或法蘭取壓方式。
根據使用條件和測量要求，可采用徑距取壓等其它取壓方式。
（2）差壓變送器差壓范圍的選擇
差壓范圍的選擇應根據計算確定，一般情況下根據流體工作壓力高低不同宜選：
低差壓：6kPa，10kPa；
中差壓：16kPa，25kPa；
高差壓：40kPa，60kPa。
（3）提高測量精確度的措施
溫度壓力波動較大的流體，應考慮溫度壓力補償措施；
當管道直管段長度不足或管道內產生旋轉流時，應考慮流體校正措施，增選相應管徑的整流器。
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