赵航

（丹东特种设备检验所，辽宁 丹东118002）

基于ANSYS的压力容器筒体封头连接强度分析

赵航

（丹东特种设备检验所，辽宁 丹东118002）

建立压力容器的三维模型之后，采用ANSYS对压力容器进行有限元分析，获得载荷作用下应力的实际分布状况，最快发现最大应力处，为压力容器优化设计提供依据。实践表明，借助计算机辅助分析软件，能有效的验证及优化先前的设计，而且可以减少研发过程中可能出现的问题。

ANSYS；强度分析；压力容器

ANSYS是一套在全世界被广泛使用的CAE软件，包含了，是最重要的FEA程序，在设计压力容器过程时的应力分析中被广泛应用。ANSYS本身有GUI（graphical user interface）接口可提供用户使用鼠标来操作，但为了让使用者操作方便，也设计指令控制接口，利用指令方式操作ANSYS分析，而指令控制对于程控的优化方式是非常方便。ANSYS主要的分析系统包含了三个部分：前置处理、求解处理器、后置处理。压力容器作为广泛使用的工业承压容器设备，通常在高压下工作，一旦失效，所造成的后果不堪设想。在实践中，压力容器承受压力的情况异常复杂，相应的失效形式是多种多样的［1］。因此，压力容器的可靠设计和安全校核是特别重要的。ANSYS有限元软件可以更容易地获得压力容器的应力分布和变形，比较容易找到的产生最大应力的危险部分，提高了设计与校核的可靠性［2］。本文是基于ANSYS软件对压力容器的筒体封头的连接强度分析。

1　问题描述

筒体内径¢775 mm，厚度100 mm，封头内径¢800 mm，厚度48 mm，过渡长度95 mm，设计压力P=16 MPa，设计温度T=260℃，材料均采用Q345，屈服强度σS=345 MPa，抗拉强度σ=570 MPa，弹性模量E=20600 MPa，泊松比μ=0.3.本研究首先使用三维绘图软件Pro/Engineer建立了压力容器的分析模型，如图1所示为压力容器三维实体简图，要求采用ANSYS软件完成筒体封头连接强度校核分析。

图1　压力容器三维实体图

2　问题分析

假设忽略掉封头上的次要结构，筒体长度设置为1200 mm，建立轴对称模型，筒体截取端部约束轴向位移，对称面为对称约束。计算模型采用2D面体模型，选用较细网格划分，不考虑温度应力，只取该温度下的许用应力作为应力强度评定的限制值［3］。

3　数值模拟

输入几何模型文件vessel_head.igs，属性设置为2D分析。进入机械分析程序，设置轴对称分析选项。采用较细的网格划分，单元尺寸0.01 m.网格划分过程与结果如图2所示。

图2　网格划分

如图3所示，施加边界条件。筒体截取端部约束轴向Y位移，对称面为X向约束。

图3　加位移约束

如图4所示，施加载荷，筒体内壁承压16 MPa.

图4　施加载荷

设置结构变形与应力强度后运行求解选项，求解结束。路径设置如图5所示。

图5　设置路径

4　查看分析结果

分析结果如图6所示，最大应力强度为217 MPa.

图6　分析结果

5　强度评定

取安全系数n=2，则许用应力限制值Sm=172.5 MPa，局部薄膜应力限制值为1.5Sm=258.75 MPa，局部弯曲应力属于二次应力，薄膜应力与弯曲应力与限制值为3Sm=517.5 MPa，评定结果如表1所示，表中应力的单位为MPa.

表1　强度评定表

6　结束语

随着计算机的普及与运算能力快速的发展和进步，运用计算机工程辅助分析软件来解决复杂的工程问题已经是时势所趋，也是产业升级过程中寻求精密化及自动化的必要方法。使用ANSYS不但可以进行压力容器应力分布的定性分析，了解压力容器承受负载之后详细的应力分布，同时能够获得容器壁应力分布详细数据，并查看特定的应力分布变化。压力容器的有限元分析充分表明，对于压力容器应力计算和分析，ANSYS软件所获得的结果非常准确，为优化压力容器设计的结构强度提供了可靠的依据［4］。

［1］王庆五，左昉，胡仁喜.ANSYS10.0机械设计高级应用实例［M］.机械工业出版社，2006：145-155.

［2］高耀东.ANSYS机械工程应用精华30例［M］.电子工业出版社，2010：15-45.

［3］王富耻，张朝辉.ANSYS10.0有限元分析理论与工程应用［M］.电子工业出版社，2006：6-45.

［4］韩伟涛.基于ANSYS的CNG储运罐静力分析与优化设计［D］.新疆大学.2006.

Based on ANSYS Analysis of The Pressure Vessel Cylinder Head Connection Strength Christy

ZHAO Hang
（Dandong Special Equipment Inspection，Liaoning Dandong 118002，China）

To build a three-dimensional model of the pressure vessel after using ANSYS finite element analysis of the pressure vessel，condition of load stress distribution，the fastest found at the maximum stress，providing the basis for optimizing the design of pressure vessels.Practice shows that，with the aid of the computer aided analysis software，it can effectively verify and optimize the previous design，and can reduce the problems that may arise in the process of research and development.

ANSYS；strength analysis；pressure vessel

TH114

A

1672-545X（2016）07-0262-03

2016-04-29

赵航（1980-），男，山东文登人，本科，工程师，特种设备检验检测。