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【iSolver案例分享30】壓力容器受力分析案例背景本案例為某類(lèi)壓力容器的靜力學(xué)分析，分析對(duì)象為軸對(duì)稱(chēng)三維實(shí)體結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)形式較為規(guī)則且模型規(guī)模較小，采用全尺寸建模方式。該壓力容器建模選用的單位制為mm-MPa-s制，結(jié)構(gòu)材料為鋼，其彈性模量為200000MPa，泊松比為0.3。圖1 幾何模型2.

此外，本次仿真最終會(huì)給出壓力容器從室溫到受熱升溫的整個(gè)過(guò)程，因此材料的力學(xué)性能，如楊氏模量E，容積熱容量ρcp會(huì)隨溫度變化。在通用結(jié)構(gòu)仿真軟件中，可以通過(guò)定義Function的形式定義不同溫度下材料的力學(xué)性能。在分析受力部分時(shí)，需要考慮壓力容器受熱對(duì)其力學(xué)性能產(chǎn)生的影響，因此需要使用熱力耦合的方式進(jìn)行計(jì)算。

本例的目標(biāo)是分析該壓力容器在承受200萬(wàn)次熱力和190萬(wàn)次壓力載荷后是否失效。提示：類(lèi)似于熱應(yīng)力分析需要先運(yùn)行一個(gè)熱力分析，疲勞分析必須基于完整的結(jié)構(gòu)研究的結(jié)果。由于壓力容器承受周期性的壓力及熱載荷，所以在進(jìn)行疲勞分析之前，需要先設(shè)置運(yùn)行以下算例：結(jié)構(gòu)靜應(yīng)力分析、熱力分析及熱應(yīng)力分析。本文已經(jīng)提前準(zhǔn)備好了這三個(gè)案例。

2不銹鋼壓力容器封頭缺陷的預(yù)防措施不銹鋼壓力容器封頭壓制過(guò)程中，受力復(fù)雜，容易產(chǎn)生各種各樣的缺陷。根據(jù)不同缺陷形成的原因，做好相應(yīng)的預(yù)防措施，是保證封頭質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。

上述列舉的覆土罐需要考慮的載荷，與常規(guī)地上容器對(duì)比，可知：覆土罐重點(diǎn)還需要考慮覆土載荷、不均勻基礎(chǔ)載荷、作用于罐體本體的軸向摩擦力、蒸汽云爆炸載荷、覆土上部檢修載荷和雪載荷。

為了對(duì)于大直徑，大跨距的臥式容器的鞍座有個(gè)直觀了解，我們不妨分析一下，看看各種情況下的變形和應(yīng)力分布。比如一臺(tái)直徑為4米，長(zhǎng)度40米，厚度20mm的臥式容器。按照力學(xué)模型計(jì)算其撓度：在空罐的情況下，代入撓度計(jì)算公式，撓度為6.5mm。進(jìn)行有限元法分析，可以得到最大撓度在中間，其值為7.8mm。實(shí)際的撓度大于按照梁公式計(jì)算出來(lái)的撓度。

壓力容器行業(yè)概述仿真場(chǎng)景與內(nèi)容壓力容器行業(yè)中ANSYS的典型應(yīng)用案例：1 壓力容器強(qiáng)度及安全性分析· 補(bǔ)強(qiáng)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(yīng)力分析· 球罐在雪荷載下的應(yīng)力分析· 橢圓封頭中心接管應(yīng)力分析· 化工設(shè)備強(qiáng)度可靠性分析· 斷裂損傷閥桿的受力狀態(tài)分析· 基于Mechanical的調(diào)節(jié)閥水壓靜力學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)分析

在訂購(gòu)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。

輸入條件壓力容器法蘭及連接螺栓在40種壓力工況和40種溫度工況下，考慮螺栓預(yù)緊力以及各部件之間的接觸，進(jìn)行非線性熱-結(jié)構(gòu)耦合應(yīng)力分析。

凸緣計(jì)算模型：根據(jù)凸緣模型的受力情況，考慮墊片、螺栓連接對(duì)凸緣的受力影響，將螺栓預(yù)緊載荷與墊片密封壓力載荷進(jìn)行等效處理，實(shí)現(xiàn)凸緣模型的受力分析。圖三 凸緣分析 3. 后處理優(yōu)化更新后的后處理功能，提升了計(jì)算結(jié)果的加載速度與穩(wěn)定性；優(yōu)化了顯示樣式，使結(jié)果顯示風(fēng)格更接近通用軟件；優(yōu)化線性化路徑截面樣式，支持查看截面網(wǎng)格情況。

在較為重要的非標(biāo)壓力容器設(shè)備中其成本差異往往可以忽略，但能獲得較好的受力狀態(tài)。

2不銹鋼壓力容器封頭缺陷的預(yù)防措施不銹鋼壓力容器封頭壓制過(guò)程中，受力復(fù)雜，容易產(chǎn)生各種各樣的缺陷。根據(jù)不同缺陷形成的原因，做好相應(yīng)的預(yù)防措施，是保證封頭質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。

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. 對(duì)象選擇2個(gè)內(nèi)壁面，輸入實(shí)際工作壓力8.83，確定；圖21 載荷設(shè)定j. 裙座上部的斷面，會(huì)受到整個(gè)反應(yīng)器的重力形成的下壓力，這個(gè)容器計(jì)算后，壓力是16.47MPa，斷面還會(huì)受到由于壁面膨脹形成的向上拉力。

在分析受力部分時(shí)，需要考慮壓力容器受熱對(duì)其力學(xué)性能產(chǎn)生的影響，因此需要使用熱力耦合的方式進(jìn)行計(jì)算。本案例材料受熱的物理參數(shù)呈非線性變化，熱源也呈非線性，模擬了0到8000秒過(guò)程中的溫度變化（7到50攝氏度）。在第51秒時(shí)突然加入50攝氏度的熱源。此外，容器受到內(nèi)部壓力和Y軸正方向的拉力,初始?jí)毫?.188MPa，到20秒時(shí)壓力達(dá)到最大，為19.188MPa，并呈非線性增長(zhǎng)。

文章來(lái)源于南京安世亞太 ，作者邁力特力

橢球封頭因其特殊的形狀設(shè)計(jì)，具有較好的受力性能，能夠有效地分散和承受容器內(nèi)部的壓力。橢球封頭還具有加工容易、造型美觀等特點(diǎn)，因此在石油、化工、輕工、醫(yī)藥、食品等許多行業(yè)都得到了廣泛的應(yīng)用。 </div><div contenteditable="false" width="100%"> 此APP適用于設(shè)計(jì)工程師、結(jié)構(gòu)仿真工程師。

本文以異形支架受力分析為例，演示iSolver的分析流程，并將iSolver和Abaqus計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。 2. 模型背景 此案例為某類(lèi)異形支架的靜力學(xué)分析，分析對(duì)象為不規(guī)則三維實(shí)體結(jié)構(gòu)，為保證最大限度將模型劃分為六面體網(wǎng)格，需要將模型進(jìn)行適當(dāng)切分。該壓力容器建模選用的單位制為mm-MPa-s制，結(jié)構(gòu)材料為鋼，其彈性模量為200000MPa，泊松比為0.3。 3.

蒸汽鍋爐安全閥的正常工作，不僅僅關(guān)系蒸汽鍋爐爐等壓力容器的正常安全使用，更直接關(guān)系到群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，因此，對(duì)蒸汽鍋爐安全閥彈簧常見(jiàn)故障必須予以高度重視，并及時(shí)排出。在下文中，就蒸汽鍋爐安全閥彈簧失效的原因進(jìn)行分析和探討。 　　

“泰坦號(hào)”潛艇 圖源：海洋之門(mén)探險(xiǎn)公司所謂內(nèi)爆，是指外部壓力過(guò)大，物體或容器本身無(wú)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。