基于ANSYS的立式厚壁压力容器应力分析

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第 41卷第 19期2013年 10月广 州 化 工Guangzhou Chemical IndustryVo1．41 No．19October．2013基于 ANSYS的立式厚 壁压力容器应力分析朱国棵(广东星燃石化设计院有限公司，广东 广州 510034)摘 要：应用ANSYS软件分析了立式厚壁压力容器工作时简体与封头的应力分布。结果表明：最大等效应力处于在简体的内壁区域；等效应力从简体或封头内壁到筒体或封头外壁呈近乎线性下降。筒体与封头的连接处附近外壁和内壁的等效应力变化最大。

关键词：立式压力容器；应力分析；有限元模拟中图分类号：TH9 文献标识码：A 文章编号：1001—9677(2013)19—0120—03Stress Analysis of Vertical Thick W all Pressure Vessel Based on ANSYSZHU Guo——liang(Guangdong Xingran Petrochemical Design Institute Co．，Ltd．，Guangdong Guangzhou 510034，China)Abstract：The stress distribution of vertical thick wal pressure vessel under load was analyzed using ANSYS softerware．The results showed that the maximum equivalent stress was in the? internal cylinder wall area，the equivalent stressdecreased roughly linearly from the internal wall to the external wall of the cylinder or head，and the variation of theequivalent stress at the internal wal and external wall near the junction between the cylinder and head the was the most.

Key words：vertical pressure vessel；stress analysis；finite element simulation压力容器广泛地应用于工农业和日常生活中，尤其是在轻工 、化工的生产、运输、储存以及进出口贸易等方面。近半个多世纪以来 ，压力容器获得显著的发展；在其制造过程及其材料质量的监测与控制，更是发生了质的飞跃? 。压力容器是化工设备的重要组成部分 ，其设计合理与否，不仅关系到制造过程中金属材料的用量，还直接影响到生产和使用过程中的安全_2 J。压力容器工作时的应力和应变分布是其设计主要依据之一
。 应用有限元法及计算机技术，可方便地模拟出压力容器工作时的应力和应变分布 。 。本文的重点是应用 ANSYS软件分析立式厚壁压力容器工作时筒体与封头的应力和应变分布。

1 问题描述图 1 立式压力容器三维实体图作者简介：朱国棵 (1953一)，男，工程师，从事石油化工设计与研究。

如图1所示是应用 Pro／E软件构建的立式厚壁压力容器的三维模型。已知压力容器可以承受的极限压力为 13．0 MPa，设计的安 全工 作压 力为 12．0 MPa，压 力容器 的制 造材 料 为16MnR，弹性模量为 2．01 GPa，泊松 比为 0．3。拟应用 ANSYS有限元分析软件对该压力容器进行应力分析，以获得该压力容器在内压力作用下的应力和应变分布情况，确定受载后的危险截面(点)以及相应的最大应力值，为容器的结构设计及其优化提供可靠的数据。

2 有限元模型的构建2．1 选择单元类型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 “封头一简体”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。

2．2 定义边界条件并求解选择 自顶向下的方法创建有限元模型。按照轴对称特点 ，取四分之一构建模型；利用 ANSYS中自顶向下的建模方式，建立压力容器剖面区域的有限元模型如图2所示。

122 广 州 化 工 2013年 10月$ —●_ e●．． 1 ■● ．喜图8 沿压力容器内壁应力变化曲线● ●- ’-● ●_■ ● _ ●■¨ 抛 时 图9 沿压力容器外壁应力变化曲线图 9表明了压力容器外壁应力变化曲线。曲线最左边点表(上接第96页)3 结 论本文建立了水果蔬菜中多菌灵残留量的检测方法 ，该方法可操作性强，加标 回收率高，重现性好 ，而且该方法的检出限比国家标准 GB／T 23380—2009低 1倍，能很好地满足越来越严格的农药残留监控要求。

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示所建模型中封头外壁的最高点对应的等效应力，曲线中间波动处(横坐标为 0．5)为封头与简体的连接处，曲线的最右上点表示所建模型中筒体外壁最下面的点对应的等效应力。图 9显示的结果表明：连接处附近简体外壁等效应力有一定的波动，等效应力达至最小；在横坐标为 1．000处 ，等效应力达到最大值；之后，等效应力稍微下降。这表明，简体与封头的连接处附近外壁的等效应力变化最大。

4 结 论在工作载荷下，最大形变出现在筒体位置；而在靠近与封头连结的筒体区域，其位移相对地明显；最大等效应力处于在筒体的内壁区域；等效应力从简体或封头内壁到简体或封头外壁呈近乎线性下降。筒体与封头的连接处附近外壁和内壁的等效应力变化最大。

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