郑舟杰

摘 要：根据GB 150.1—150.4-2011《压力容器》以及有关设计实践，可知压力容器螺栓的常规设计方法偏向于稳定性，因此造成其各部位所受拉力较高，材料损耗严重。基于此，提出基于ANSYS的压力容器螺栓连接有限元分析。以有限元分析为基础，输入材料参数，对连接结构进行参数化建模，选择单元格类型及划分网格，规定约束和边界条件，计算螺栓组剪力及工作拉力。实验得知，本设计方法与传统方法相比，在受力方面较小，即表面处的径向应力约等于内表面上的压力，具有较高实用性。

关键词：压力容器;ANSYS;螺栓连接;有限元

中图分类号：TH49 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2021）08-0136-04

Finite Element Analysis of Bolt Connection of

Pressure Vessel Based on ANSYS

Zheng Zhoujie

（Zhuhai Technician College， Zhuhai 519000， China）

Abstract：According to GB 150.1—150.4—2011 “Pressure Vessel” and related design practice， it can be seen that the conventional design method of pressure vessel bolts is inclined to stability， which results in high tension and serious material loss in each part. Based on this， the finite element analysis of bolt connection of pressure vessel based on ANSYS is proposed. Based on finite element analysis， input material parameters， carry out parametric modeling of the connection structure， select cell types and divide grids， specify constraints and boundary conditions， and calculate bolt group shear force and working tension. Experimental show that compared with traditional methods， the design method in this paper has less stress， that is， the radial stress on the surface is approximately equal to the pressure on the inner surface， which has high practicability.

Key words：pressure vessel; ANSYS; bolted connection; finite element

0 引言

压力容器作为重要的存储设备，被广泛应用在化工、能源、冶金以及石油等诸多领域内。其一般设计方法是依据GB 150.1—150.4-2011《压力容器》，基于“弹性失效”的基本准则，联系“薄膜理论”“第一强度理论”“经验公式”等对压力容器进行分析设计[1]。设计方法选择的安全系数通常会比较高，这就表示其制造成本，即所损耗的材料会增多，经济性较低。而在设计中采取有限元分析方法能够在一定程度上降低设计成本，缩短设计周期，提高产品可行性和科学性，增加产品的经济性和实用性。螺栓法兰连接作为一种比较普遍的连接方式，由于其拆装方便、封闭性好、强度较高等一系列的优势，被广泛应用在压力容器以及管道连接领域。螺栓法兰连接主要是由螺栓、垫片以及法兰环共同构成，在实际工作过程中主要依赖于螺栓来连接对接压力容器的两个部位。……