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早些年，ASME中曾規(guī)定極限載荷為引起0.2%永久應(yīng)變對(duì)應(yīng)的載荷值目前，EN 13445-3中規(guī)定極限載荷為最大主應(yīng)變達(dá)到5%對(duì)應(yīng)的載荷值從描述中不難看出，早期ASME的規(guī)定相對(duì)還是比較保守，相當(dāng)于認(rèn)為0.2%永久塑性應(yīng)變所產(chǎn)生的殘余變形較小，實(shí)際類似于彈性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則而5%最大主應(yīng)變的說法個(gè)人理解應(yīng)該是對(duì)大量壓力容器進(jìn)行仿真—試驗(yàn)對(duì)比得到的一個(gè)校核參數(shù)

全選擇solvefinish注意事項(xiàng)：1、極限載荷法基于材料非線性，應(yīng)用理想彈塑性本構(gòu)模型。極限載荷法不考慮幾何非線性，ANSYS計(jì)算時(shí)不需打開大變形選項(xiàng)。關(guān)于這兩點(diǎn)，是有一些爭(zhēng)議的，很多書上，甚至一些很有影響力的ANSYS書籍上，并沒有按照上面的做法。筆者依據(jù)的是國內(nèi)的壓力容器分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)JB4732中關(guān)于極限載荷法的描述。

容器其他部分由熱引發(fā)的應(yīng)力相對(duì)而言很弱小。5、運(yùn)行靜態(tài)壓力算例通過圖解我們可以看到壓力容器得熱應(yīng)力非常高，最大值接近1034Mpa，已經(jīng)超出了材料的屈服極限505Mpa。同樣我們可以觀察到超出屈服極限的應(yīng)力位于螺栓頭和螺母的連接部位附近。

彈性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則要求壓力容器任一位置的材料不允許達(dá)到屈服極限，而塑性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是以內(nèi)外壁的整體屈服作為容器達(dá)到極限承載能力的一種強(qiáng)度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，該設(shè)計(jì)準(zhǔn)則認(rèn)為容器的某一部分發(fā)生屈服而其他部分仍處于彈性狀態(tài)時(shí)，依然可以繼續(xù)提高承載能力。因此在相同條件下，依據(jù)JB4732—1995設(shè)計(jì)的壓力容器瓶體結(jié)構(gòu)較薄，質(zhì)量較輕。

“泰坦號(hào)”潛艇 圖源：海洋之門探險(xiǎn)公司所謂內(nèi)爆，是指外部壓力過大，物體或容器本身無法承受而向內(nèi)發(fā)生的爆炸。從結(jié)構(gòu)力學(xué)的角度看，內(nèi)爆的機(jī)理是 “非線性屈曲”，是有缺陷的容器在內(nèi)外壓差下產(chǎn)生非線性失穩(wěn)而發(fā)生的。 線性屈曲＆非線性屈曲 “非線性屈曲”分析通常用于計(jì)算結(jié)構(gòu)屈曲后的變形歷程及其穩(wěn)定性，可以用于計(jì)算結(jié)構(gòu)的極限承載力。

• 與載荷控制分析相比，通過位移控制分析可以更容易地跟蹤剛度損失后的結(jié)構(gòu)行為；然而，如果不穩(wěn)定區(qū)域值得關(guān)注，并且需要進(jìn)行載荷控制分析，則考慮使用弧長法（ARCLEN）。 使用弧長法，在大約610 kN的載荷和5.6 mm的撓度下確定了不穩(wěn)定區(qū)域。結(jié)果與圖49.4所示的分析結(jié)果一致，驗(yàn)證了計(jì)算的載荷極限。

“泰坦號(hào)”潛艇 圖源：海洋之門探險(xiǎn)公司 所謂內(nèi)爆，是指外部壓力過大，物體或容器本身無法承受而向內(nèi)發(fā)生的爆炸。從結(jié)構(gòu)力學(xué)的角度看，內(nèi)爆的機(jī)理是“非線性屈曲”，是有缺陷的容器在內(nèi)外壓差下產(chǎn)生非線性失穩(wěn)而發(fā)生的。線性屈曲＆非線性屈曲通常在做“非線性屈曲”分析之前，我們會(huì)先做“線性屈曲”分析。

壓力容器分析設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)近些年來，隨著數(shù)值方法尤其是有限元法的不斷發(fā)展和完善，基于有限元法和各種先進(jìn)設(shè)計(jì)理論的發(fā)展研究，“分析設(shè)計(jì)”作為力學(xué)理論與工程實(shí)際緊密結(jié)合的產(chǎn)物，代表了近代設(shè)計(jì)的先進(jìn)水平，在壓力容器行業(yè)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。

近年來王戰(zhàn)輝等提出了對(duì)壓力容器承壓邊界[3]，劉豆豆等提出了對(duì)壓力容器接管采用ANSYS進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法[4]，馮嘉珍等提出了加權(quán)法[5]，陳定樑等提出了改進(jìn)螢火蟲法等壓力容器優(yōu)化算法[6]，姜紅靜等提出了專門針對(duì)具體行業(yè)要求的壓力容器優(yōu)化設(shè)計(jì)[7]。

在訂購壓力容器初期時(shí)，壓力容器設(shè)計(jì)工程師并不知道施加在容器上的外部機(jī)械載荷（例如持續(xù)載荷和熱載荷）。 唯一已知的載荷可能是容器承受的內(nèi)部壓力。2. 負(fù)責(zé)確定管道布局和支撐布置以及計(jì)算管道系統(tǒng)對(duì)容器施加設(shè)備管口的機(jī)械反作用力的管道工程師并不知道容器上的允許載荷，這可能會(huì)影響設(shè)計(jì)者優(yōu)化管道布局和支撐的能力，管道工程師就得盡量減少管道對(duì)設(shè)備載荷的管道布置。

（一）覆土罐的基本結(jié)構(gòu) 典型覆土罐相關(guān)元件名稱及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖所示： （二）覆土罐設(shè)計(jì)需考慮的載荷 覆土罐設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下載荷，綜合考慮所有相關(guān)因素、失效模式和足夠的安全裕量，以保證具有足夠的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等： a) 容器自重； b) 介質(zhì)自重； c) 設(shè)計(jì)內(nèi)壓及液柱靜壓力，當(dāng)液柱靜壓力小于設(shè)計(jì)壓力的5%時(shí)，

外壓容器穩(wěn)定性分析輸入條件幾何模型、外壓仿真流程結(jié)果與效果?全模型與1/2 模型計(jì)算所得臨界壓力均為1.24MPa ，這是由于在側(cè)向外壓作用下，圓筒僅沿圓周方向失穩(wěn)，軸向?qū)ΨQ面不會(huì)影響失穩(wěn)時(shí)非對(duì)稱突變。?采用特征值法可以有效計(jì)算其失穩(wěn)模態(tài)。

[5] 張道偉，張巨，劉艷江，等.波紋管在外壓—拉伸條件下的穩(wěn)定性研究[J].壓力容器，2004(4):13-16;26.[6] CAD/CAM/CAE技術(shù)聯(lián)盟.ANSYS Workbench 2020有限元分析從入門到精通[M].北京：清華大學(xué)出版社，2020.[7] 高瑞杰，唐軍.壓桿穩(wěn)定的特征值法與非線性法的適用性評(píng)價(jià)[J].鋼結(jié)構(gòu)，2016,31(1):5-8.

內(nèi)部壓力以較小的載荷增量逐漸施加，并觀察失效指數(shù)。當(dāng)失效指數(shù)大于 1 時(shí)，施加的載荷被視為 COPV 失效的壓力。有限元模型復(fù)合外包裝壓力容器模型是在沒有內(nèi)襯的情況下創(chuàng)建的，并使用 WCM 模塊由 T800S 碳/環(huán)氧預(yù)浸料完全外包裝。該分析中使用的復(fù)合材料層的彈性性能如表 1 所示。利用 ABAQUS 軟件，采用有限元法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了靜力建模。

觀察一下是X-Y平面對(duì)稱的，法向量是Z軸，所以，方式選對(duì)稱，類型選Z軸；圖18 邊界條件設(shè)定g. 同樣的方法，設(shè)置另一個(gè)面，這個(gè)是X軸對(duì)稱；圖19 邊界條件設(shè)定h. 設(shè)置載荷，也就是模型承受哪些力。首先，內(nèi)壁面會(huì)受到內(nèi)部高壓氣體施加的8.83MPa的工作壓力，點(diǎn)擊載荷后的加號(hào)，點(diǎn)擊壓力；圖20 載荷設(shè)定i.

根據(jù)仿真計(jì)算結(jié)果，該工況下的壓力容器需要重點(diǎn)關(guān)注上述時(shí)間段的受力情況。同時(shí)，仿真計(jì)算過程也考慮了開裂處瞬時(shí)的能量釋放率，通過比較此時(shí)的極限能量釋放率，可判斷壓力容器是否存在風(fēng)險(xiǎn)。 文章來源：遠(yuǎn)算云仿真

此外，還有一些特殊用途的壓力表，如：1)隔膜表所使用的隔離器（化學(xué)密封）能通過隔離膜片，將被測(cè)介質(zhì)與儀表隔離，以便測(cè)量強(qiáng)腐蝕、高溫、易結(jié)晶介質(zhì)的壓力，如下圖所示：2)耐振壓力表的殼體制成全密封結(jié)構(gòu)，且在殼體內(nèi)填充阻尼油（現(xiàn)在大部分用硅油填充），由于其阻尼作用可以使用在工作環(huán)境振動(dòng)或介質(zhì)壓力（載荷）脈動(dòng)的測(cè)量場(chǎng)所。

壓力容器尺寸優(yōu)化分析輸入條件壓力容器三維幾何模型，材料參數(shù)，載荷及約束條件，接觸連接關(guān)系。

隨著外壓殼體的厚度增加，臨界壓力增大，其薄膜壓應(yīng)力高于材料的屈服極限時(shí)才會(huì)失穩(wěn)，被稱為彈塑性失穩(wěn)。 通常，我們會(huì)利用有限元法進(jìn)行特征值屈曲分析。特征值屈曲分析屬于線性分析，它對(duì)結(jié)構(gòu)臨界失穩(wěn)力的預(yù)測(cè)往往高于結(jié)構(gòu)實(shí)際的臨界失穩(wěn)力，但特征值屈曲分析作為非線性屈曲分析的初步評(píng)估作用卻十分有用。

本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：1、學(xué)習(xí)型仿真工程師2、理工科院校學(xué)生你會(huì)得到什么：1、學(xué)習(xí)壓力容器的三維模型處理2、學(xué)習(xí)線性靜結(jié)構(gòu)分析步的建立3、學(xué)習(xí)壓力容器分析的載荷施加4、學(xué)習(xí)壓力容器對(duì)稱循環(huán)約束的施加案例介紹：所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.案例介紹了ANSYS workbench 壓力容器分析。