本文作者:阜陽鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計

壓力容器有限元分析論文(壓力容器相關(guān)論文)

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:

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。

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℃?!度菀?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)。

10 設(shè)備筒體的計算厚度為 mm,封頭計算厚度為 mm。

建議使用年限為10年。

交個朋友,剛好我也要用,我是過程裝備與控制的.先給你

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