基于ANSYS的压力容器应力分析

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压力容器作为工业领域广泛应用的承压设备，通常工作在高压状态下，-旦失效，后果难以想象。在实际情况中，压力容器受力情况复杂多变，相应的失效形式也多种多样。因此对压力容器进行可靠的设计和安全校核就显得尤为重要。关于压力容器的设计方法，目前主要有传统设计方法和有限元分析设计方法。传统设计过程中，并不能获得压力容器工作状态下详细的应力分布情况，无法准确掌握压力容器的具体危险截面 (点)。主要依靠强度设计准则，增大设计的安全系数来保证可靠性。但是这种设计方法在部分环境复杂的应用诚是不够合理的。显然仅仅依靠强度设计准则是难以满足设计要求，更无法保证压力容器在工作状态下的安全。利用ANSYS有限元软件可以较容易地获得压力容器受力后的应力分布和变形情况，方便找出最大应力处和危险截面，提高设计和安全校核的可靠性。

1 问题描述如图1所示是利用Pro/E建立的立式压力容器三维模型 (基本结构尺寸已知)，现已确定压力容器可以承受的极限压力为13.0Mpa，设计的安全工作压力为12.0Mpa，压力容器的制造材料为16MnR，弹性模量为2.01el1Pa，泊松比为0.3，法兰连接处螺栓对压力容器的作用力为F81000N。要求利用ANSYS有限元分析软件对该压力容器进行应力分析，获得该压力容器在内压力及外部机械载荷的综合作用下的应力分布情况，找出受载后的危险截面 (点)以及相应的最大应力值，为产品的结构设计与结构优化提供可靠的数据。

图1 立式压力容器三维实体图2 有限元模型单元类型选择压力容器的几何结构是对称的，同时承受对称载荷作用，则压力容器受载后所有的应力分量、应变分量和位移分量也都是对称。运用8节点2D实体单元PLANE82可以分析平面应力和轴对称问题，所以只需考虑压力容器的右半部，即建立容器孔-简体-容器底”平面的有限元模型，通过对压力容器沿壁厚的纵剖面进行应力分析来代替对整个压力容器的应力分析，简化分析过程及提高解算精度。

收稿日期：2012-11-02作者简介：唐海峰 (1988-)，男，四川高坪人，硕士研究生，研究方向为先进制造技术。