壓力容器有限元分析論文(壓力容器相關(guān)論文)

阜陽鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計 2周前 ( 11-23 15:37 ) 5350 搶沙發(fā)

見p11 3-1，液化石油氣儲罐設(shè)計中,，是如何確定設(shè)計壓力的,？見p12 3-5 3-6，六. 確定焊縫系數(shù),，焊縫系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)叫法叫焊接接頭系數(shù),，GB150的3.7節(jié)對其取值與焊縫檢測百分比進(jìn)行了規(guī)定， ,，具體取值,，可以按《容規(guī)》第85條所規(guī)定的10種情況選擇：，其焊縫系數(shù)取1,，即焊接接頭應(yīng)進(jìn)行100%的無損檢測,，其，壓力容器有限元分析論文

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本文目錄一覽：

1,、機(jī)械設(shè)計的畢業(yè)論文：壓力容器焊接部位強(qiáng)度的有限元分析
2、壓力容器有限元分析
3,、請教一個關(guān)于壓力容器有限元分析的問題
4,、壓力容器設(shè)計

機(jī)械設(shè)計的畢業(yè)論文：壓力容器焊接部位強(qiáng)度的有限元分析

北啟（FEALAB）有限元技術(shù)咨詢致力于各類工業(yè)產(chǎn)品及工程項目所需的結(jié)構(gòu)、流體,、溫度,、電磁、噪聲等有限元分析咨詢業(yè)務(wù),，擁有豐富的有限元分析和機(jī)電一體化企業(yè)項目設(shè)計經(jīng)驗的工程師團(tuán)隊和重點大學(xué)機(jī)械力學(xué)系資深教授級專家技術(shù)顧問團(tuán)隊,，致力于為國內(nèi)中小企業(yè)及個人提供有限元分析咨詢、大型金屬結(jié)構(gòu)失效原因分析及優(yōu)化分析、有限元分析軟件培訓(xùn)及三維建模培訓(xùn)等全方位的工程仿真解決方案及CAE工程技術(shù)培訓(xùn),。

壓力容器有限元分析

對壓力容器進(jìn)行有限元分析,，是解決壓力容器理論計算強(qiáng)度壓力容器有限元分析論文的一種有效途徑。

壓力容器,，英文壓力容器有限元分析論文：pressure vessel,，是指盛裝氣體或者液體，承載一定壓力壓力容器有限元分析論文的密閉設(shè)備,。

1,、壓力容器制造工序一般可以分為壓力容器有限元分析論文：原材料驗收工序、劃線工序,、切割工序,、除銹工序、機(jī)加工（含刨邊等）工序,、滾制工序,、組對工序、焊接工序（產(chǎn)品焊接試板）,、無損檢測工序,、開孔劃線工序、總檢工序,、熱處理工序,、壓力試驗工序、防腐工序,。

2,、不同的焊接方法有不同的焊接工藝。焊接工藝主要根據(jù)被焊工件的材質(zhì),、牌號,、化學(xué)成分，焊件結(jié)構(gòu)類型,，焊接性能要求來確定。首先要確定焊接方法,，如手弧焊,、埋弧焊、鎢極氬弧焊,、熔化極氣體保護(hù)焊等等,，焊接方法的種類非常多，只能根據(jù)具體情況選擇,。確定焊接方法后,，再制定焊接工藝參數(shù)，焊接工藝參數(shù)的種類各不相同，如手弧焊主要包括：焊條型號（或牌號）,、直徑,、電流、電壓,、焊接電源種類,、極性接法、焊接層數(shù),、道數(shù),、檢驗方法等等。

有限元分析（FEA,，F(xiàn)inite Element Analysis）利用數(shù)學(xué)近似的方法對真實物理系統(tǒng)（幾何和載荷工況）進(jìn)行模擬,。還利用簡單而又相互作用的元素，即單元,，就可以用有限數(shù)量的未知量去逼近無限未知量的真實系統(tǒng),。

有限元分析是用較簡單的問題代替復(fù)雜問題后再求解。它將求解域看成是由許多稱為有限元的小的互連子域組成,，對每一單元假定一個合適的(較簡單的）近似解,，然后推導(dǎo)求解這個域總的滿足條件(如結(jié)構(gòu)的平衡條件），從而得到問題的解,。這個解不是準(zhǔn)確解,，而是近似解，因為實際問題被較簡單的問題所代替,。由于大多數(shù)實際問題難以得到準(zhǔn)確解,，而有限元不僅計算精度高，而且能適應(yīng)各種復(fù)雜形狀,，因而成為行之有效的工程分析手段,。

有限元是那些集合在一起能夠表示實際連續(xù)域的離散單元。有限元的概念早在幾個世紀(jì)前就已產(chǎn)生并得到壓力容器有限元分析論文了應(yīng)用,，例如用多邊形（有限個直線單元）逼近圓來求得圓的周長,，但作為一種方法而被提出，則是最近的事,。有限元法最初被稱為矩陣近似方法,，應(yīng)用于航空器的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計算，并由于其方便性,、實用性和有效性而引起從事力學(xué)研究的科學(xué)家的濃厚興趣,。經(jīng)過短短數(shù)十年的努力，隨著計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展和普及,，有限元方法迅速從結(jié)構(gòu)工程強(qiáng)度分析計算擴(kuò)展到幾乎所有的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域,，成為一種豐富多彩,、應(yīng)用廣泛并且實用高效的數(shù)值分析方法。

請教一個關(guān)于壓力容器有限元分析的問題

這是個壓力容器應(yīng)力分析中很典型的模型：

1.對稱面加對稱約束（symmetry的那個）

2.筒體上端面施加等效壓力

3.筒體下端面施加周向(注意不是徑向)和軸向約束

4.接管端面施加等效壓力

5.筒體和接管內(nèi)部加壓力

如上5步就ok了

壓力容器設(shè)計

壓力容器設(shè)計壓力容器有限元分析論文的基本步驟:

以穩(wěn)壓罐的設(shè)計為例,，對容器設(shè)計的全過程進(jìn)行講解,。

首先，我們根據(jù)用戶提出的,、在壓力容器規(guī)范范圍內(nèi)雙方簽署的具有法律約束力的設(shè)計技術(shù)協(xié)議書,，該協(xié)議書也可以經(jīng)雙方同意共同修改、完善,，以期達(dá)到產(chǎn)品使用最優(yōu)化,。

根據(jù)穩(wěn)壓罐的設(shè)計技術(shù)協(xié)議，我們知道壓力容器有限元分析論文了容器的最高工作壓力為1.4MPa,，工作溫度為200℃,，工作介質(zhì)為壓縮空氣，容積為2m3,，要求使用壽命為10年,。這些參數(shù)就是用戶提供給我們的設(shè)計依據(jù)。

有了這些參數(shù),，我們就可以開始設(shè)計,。

一. 設(shè)計的第一步

就是要完成容器的技術(shù)特性表。除換熱器和塔類的容器外,，一般容器的技術(shù)特性表包括

a 容器類別

b 設(shè)計壓力

c 設(shè)計溫度

d 介質(zhì)

e 幾何容積

f 腐蝕裕度

j 焊縫系數(shù)

h 主要受壓元件材質(zhì)等項,。一般我所圖紙上沒有做強(qiáng)行要求寫上主要受壓元件材質(zhì)

一. 確定容器類別

容器類別的劃分在國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局所頒發(fā)的《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（以下簡稱容規(guī)）第一章第6條（p7）有詳細(xì)的規(guī)定，主要是根據(jù)工作壓力的大小(p75),、介質(zhì)的危害性和容器破壞時的危害性來劃分(p75),。本例穩(wěn)壓罐為低壓（1.6MPa）且介質(zhì)無毒不易燃，則應(yīng)劃為第Ⅰ類容器,。

另壓力容器有限元分析論文：具體壓力容器劃分類別見培訓(xùn)教材 p4 1-11

何謂易燃介質(zhì)見 p2 1-6

介質(zhì)的毒性程度分級見 p3 1-7

劃分壓力容器等級見 p3 1-9

二. 確定設(shè)計壓力

我們知道容器的最高工作壓力為1.4MPa,，設(shè)計壓力一般取值為最高工作壓力的1.05～1.10倍。

至于是取1.05還是取1.10,，就取決于介質(zhì)的危害性和容器所附帶的安全裝置,。

介質(zhì)無害或裝有安全閥等就可以取下限1.05，否則就取上限1.10,。

本例介質(zhì)為無害的壓縮空氣,，且系統(tǒng)管路中有泄壓裝置，符合取下限的條件,，則得到設(shè)計壓力為

Pc=1.05x1.4

=1.47MPa。

另：什么叫設(shè)計壓力,？計算壓力,？如何確定,？見p11 3-1

液化石油氣儲罐設(shè)計中，是如何確定設(shè)計壓力的,？

三. 確定設(shè)計溫度

一般是在用戶提供的工作溫度的基礎(chǔ)上,，再考慮容器環(huán)境溫度而得。

比如為華北油田設(shè)計的容器,，且在工作狀態(tài)無保溫的情況下,，其工作溫度為30℃，其冬季環(huán)境溫度最低可到－20℃,，則設(shè)計溫度就應(yīng)該按容器可能達(dá)到的最惡劣的溫度確定為－20℃,。《容規(guī)》附件二（p77）提供了一些設(shè)計所需的氣象資料供參考,。本例取設(shè)計溫度為200℃即可,。

四. 確定幾何容積

按結(jié)構(gòu)設(shè)計完成后的實際容積填寫即可。

五. 確定腐蝕裕量

由所選定受壓元件的材質(zhì),、工作介質(zhì)對受壓元件的腐蝕率,、容器使用環(huán)境和用戶期待的使用壽命來確定，實際上應(yīng)先選定受壓元件的材質(zhì),，再確定腐蝕裕量,。

《容規(guī)》第三章表3-3（p23）和GB150第3.5.5.2節(jié)（p5）對一些常見介質(zhì)的腐蝕裕量進(jìn)行了一些規(guī)定。工作介質(zhì)對受壓元件的腐蝕率主要按實測數(shù)據(jù)和經(jīng)驗來確定,，受使用環(huán)境影響很大,，變數(shù)很多，目前無現(xiàn)成的數(shù)據(jù),。

一般介質(zhì)無腐蝕的容器,，其腐蝕裕量取1～2mm即可滿足使用壽命的要求。本例取腐蝕裕量為2mm,。

另：什么叫計算厚度,、設(shè)計厚度、名義厚度,、有效厚度,？何謂最小厚度？如何確定,？見p12 3-5 3-6

六. 確定焊縫系數(shù)

焊縫系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)叫法叫焊接接頭系數(shù),，GB150的3.7節(jié)（p6）對其取值與焊縫檢測百分比進(jìn)行了規(guī)定。

具體取值,，可以按《容規(guī)》第85條（p43）所規(guī)定的10種情況選擇：

其焊縫系數(shù)取1,，即焊接接頭應(yīng)進(jìn)行100%的無損檢測，其壓力容器有限元分析論文他情況一般選焊縫系數(shù)為0.85,。

本例選焊縫系數(shù)為0.85,。

七. 主要受壓元件材質(zhì)的確定

材質(zhì)的確定在滿足安全和使用條件的前提下,，還要考慮工藝性和經(jīng)濟(jì)性。

GB150第8頁材料的使用有嚴(yán)格的規(guī)定,，對這些規(guī)定的掌握是非常必要的,。比較常用的材料有Q235-B（Q235-C）16MnR和0Cr18Ni9這幾種材料

1. 0Cr18Ni9一般用于低于－20℃的低溫容器和

對介質(zhì)有潔凈要求的容器，如低溫分離器,、氟利昂蒸發(fā)器等,；

2. 16MnR一般用于對安全性要求較高、使用Q235-B時壁厚較大的容器,，如油,、天然氣等。

3. Q235-B使用最廣也最經(jīng)濟(jì),，GB150第9頁對其使用條件作了詳細(xì)規(guī)定：

● 規(guī)定設(shè)計壓力≤1.6MPa,；

● 鋼板使用溫度0℃~350℃；

● 用于殼體時厚度不得大于20mm,，且不得用于高度危害的介質(zhì),。

就本例來說，其使用壓力,、溫度和介質(zhì)都符合Q235-B的條件,，唯有厚度還未知，若超過了20mm則只能使用16MnR,，本例就暫定使用Q235-B,。

當(dāng)然啦，如果我們按以下：

●規(guī)定設(shè)計壓力≤2.5MPa,；

●鋼板使用溫度不得超過0℃~400℃,；

●用于殼體時厚度不得大于30 mm，且不得用于高度危害的介質(zhì),。

Q235-B與Q235-C的主要區(qū)別也就是沖擊試驗溫度不同,，前者為在溫度20℃下做 V型沖擊試驗；后者為在0℃ 時做V型沖擊試驗

完成了技術(shù)特性表,，下一步就是容器計算了,。

◆ 確定容器直徑

計算時首先要確定容器直徑。除非用戶有要求,，一般取長徑比為2～5,，很多情況下取2～3就可以了。

本例要求容器的幾何容積為2m3 ,。

我們只得先設(shè)定直徑,，再根據(jù)此直徑和容積求出筒體高度，驗算其長徑比,。設(shè)定的直徑應(yīng)符合封頭的規(guī)格,。

我們設(shè)定為800mm,，查標(biāo)準(zhǔn)JB/T4746《鋼制壓力容器用封頭》附錄B，得知此規(guī)格的封頭容積為0.0796 m3,，

則：

筒體高度為 3664mm，

長徑比為 3664/800=4.58

若加上封頭的高度,，可知其長徑比太大,，我們先前設(shè)定的直徑太小。

再設(shè)定直徑為1000mm,，查得封頭容積為0.1505立方,。

得到：

筒體高度為 2164mm

長徑比為 2164/1000=2.16

比較理想，則我們確定本例穩(wěn)壓罐的內(nèi)直徑為1000mm,，筒體高度圓整為2200mm,。

有了容器直徑，即可按照GB150公式5-1（p26）計算出厚度為8.30mm,。此厚度即為計算厚度,，其名義厚度為計算厚度與腐蝕裕量之和，再向上圓整到鋼板的商品厚度,。本例腐蝕裕量為2mm,，與計算厚度之和為10.30mm，與之最接近的鋼板商品厚度為12mm,，故確定容器厚度為12mm,，并且此值符合Q235-B對厚度不超過20mm的要求。

另外本例若選擇腐蝕裕量為1mm經(jīng)濟(jì)性會好得多,，可以思考一下為什么

至此,，我們已得到容器外形。

◆ 下一步該是按用戶要求和《容規(guī)》的規(guī)定配置各管口的法蘭和接管,。

容器上開孔要符合GB150第8.2節(jié)（p75）的規(guī)定,，一般都要進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)計算，除非滿足GB150第8.3節(jié)（p75）的條件,，則可不必再計算補(bǔ)強(qiáng),。

選擇接管時應(yīng)盡量滿足GB150第8.3節(jié)的條件，其安全性和經(jīng)濟(jì)性都最好,，避免增加補(bǔ)強(qiáng)圈,。

本例要求的管口直徑都在GB150第8.3節(jié)的范圍內(nèi)，因此進(jìn)氣口和出氣口接管選擇φ57x5的無縫鋼管,，排污口選擇φ25x3.5的無縫鋼管,。法蘭按HG20592選擇1.6MPa的突面(RF)板式平焊法蘭(PL)。

◆ 法蘭及其密封面型式

法蘭及其密封面型式是設(shè)計協(xié)議書中要求的,，

1. 壓力等級必須高于設(shè)計壓力,；

2. 其材質(zhì)一般與筒體相同,；

3. 確定管口在殼體上的位置時，在空間較為緊張的情況下,，一般也應(yīng)保持焊縫與焊縫間的距離不小于50mm,，以避免焊接熱影響區(qū)的相互疊加。

本例選定進(jìn)氣口,、出氣口距上下封頭環(huán)焊縫各300mm,。因本例穩(wěn)壓罐工作溫度為200℃，故其工作狀態(tài)下必定有保溫層,，考慮到保溫層厚度以及螺栓安裝的需要,，選定法蘭密封面到筒體表面的距離為150。

◆ 檢查孔

除了用戶要求的管口外,，《容規(guī)》第45條（p26）還對檢查孔的設(shè)置進(jìn)行了規(guī)定,。

本例直徑為1000mm，按規(guī)定必須開設(shè)一個人孔,。查《回轉(zhuǎn)蓋平焊法蘭人孔》標(biāo)準(zhǔn)JB580-79 壓力容器與化工設(shè)備實用手冊p614,，選擇壓力1.6MPa級、公稱直徑450的人孔,，密封型式為A型,，其接管為φ480x10。因人孔開孔較大,，所以人孔一定要使用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng),，查《補(bǔ)強(qiáng)圈》標(biāo)準(zhǔn)JB/T4736，補(bǔ)強(qiáng)圈外徑為760,，厚度一般等同于筒體,。人孔的位置以方便出入人孔為原則，應(yīng)盡量靠近下封頭,。本例選定人孔中心距下封頭環(huán)焊縫500,。

立式容器的支座一般選用支承式支座JB/T4724(壓力容器與化工設(shè)備實用手冊第599頁)，

另：鍛件的級別如何確定,？對于公稱厚度大于300mm的碳素鋼和低合金鋼鍛件應(yīng)選用何級別,？

◆ 管口表的填寫

◆ 技術(shù)要求的書寫

1 本設(shè)備按 GB150-1998《鋼制制壓力容器》進(jìn)行制造、試驗和驗收,，并接受國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局頒發(fā)的《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的監(jiān)督,。

2 焊接采用電弧焊，焊條牌號：焊接采用J422,。

3 焊接接頭型式和尺寸除圖中注明外,，按HG20583的規(guī)定進(jìn)行施焊：A 類和 B 類焊接接頭型式為DU3；接管與筒體、封頭的焊接接頭型式見接管表,；未注角焊縫的焊角尺寸為較薄件的厚度,；法蘭的焊接按相應(yīng)法蘭標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

4 容器上的 A 類和 B 類焊接接頭應(yīng)進(jìn)行射線探傷檢查,，探傷長度不小于每條焊縫長度的20%,，其結(jié)果應(yīng)以符合JB4730 規(guī)定中的 Ⅲ 級為合格。

5 設(shè)備制造完畢應(yīng)進(jìn)行水壓試驗,，試驗壓力為 MPa,。

6 管口、支座及銘牌架方位按本圖,。

7 設(shè)備檢驗合格后，外表面涂 C06-1 鐵紅醇酸底漆兩道,，再涂 C04-42 灰色醇酸磁漆一道,。

8 設(shè)備檢驗合格后，內(nèi)部清理干凈,，各管口用盲板封嚴(yán),。