压力容器管板的ANSYS有限元分析.pdf

压力容器管板的ANSYS有限元分析--第1页

用ANSYS软件进行压力容器管板的有限元分析

序言

压力容器管板是压力容器重要部件，根据管板结构的特点，它直

接影响着管箱的承压能力。它的变形情况及应力分析对整个箱管结构

的应力分析起着决定性的作用。然而J摺佣解析法对压力容器管板所

受的应力和应变情况分析，解析误差太大。采用ANSYS有限元分析软

件建立压力容器管板的有限元模型，加载求解进行应力场分析对算出

压力容器管板的最大应力泣变，利用ANSYS的有限元分析和计算机图

形学功能显示三维应力等值面应移等值面，从而为压力容器管板机构

的优化分析提供了充分的理论依据。

1基本分过程

1.1创建有限元模型

本文选用一种U型管式的压力容器来建模，管板材料选用20MuMo

锻件。球形封头材料16MnR，材料的弹性模量E=20E+05MPa.泊松比为

03，密度为7.8t/m3，设计压力P=31.4MPa，许用应力为196MPa。

在压力容器的应力的分析中，压力容器部件设计关心的是应力沿

壁厚的分布规律及其大小，可采用沿壁厚方向的校核线代替校核面。

另外由于压力容器是轴对称结构，所以可选其一半结构来建模。为了

节省时间和存储空间，而又不影响分析结果，根据其结构，略去一些

细节。其中管孔对于管板强度的削弱，可以采用有效弹性模量E1和

压力容器管板的ANSYS有限元分析--第1页

压力容器管板的ANSYS有限元分析--第2页

有效泊松比V1的概念将管板折算为同厚度的当量无孔圆平板，因此

管板区域分为两大部分，1区按等效圆板来处理，而2区按实际悄况

处理。根据相关文献得到E1=054F,V1=0360综上所述，所得简化后有

限元分析模型如图1所示:

图1有限元分析模型

1.2网格划分

通常ANSYS的网格划分有两种方法，即自由划分和映射划分。自

由划分网格主要用于划分边界形状不规则的区域，分析稍度不够高，

但要求划分的区域满足一定的拓补条件。奕淞」分网格主要适合与敖

钡臼形体，分析精度高。鉴于压力容器管板的结构特点，本文同时采

用了这两种方法。在非边界区域采用醉编寸网格划分，在边界区域及

梢度要求不是很高的区域采用自由网格划分。四边形网格单元采用8

节点的SOLID82.三边形网格单元采用6节点的

SOLIDTriangle6node2。SOLID82有相容的位移形枕适用于曲线边界

的建模。它们每个节点有三个自由度:沿结点坐标X.Y.Z方向的平动

SOLID82有塑性、蠕变、应力强化、大变形和力立变的功能。在管板

与封头联接出是立力比较集中，此处采用三边形网格加密。共有1265

个单元，3994个节点。

1.3约束条件和施加载荷

压力容器管板的ANSYS有限元分析--第2页

压力容器管板的ANSYS有限元分析--第3页

边界条件施加与工程实际是否吻合直接影响到分衫潞果的正确

性、合理性。由于压力容器的应力分析是以线代替面，而且是取一半

进行分析，所以在端面处施加X方向约束和管孔处施加Y方向约束。

整个管程承受压力，所以在线上施加面载荷P=31.4MP，如图2所示:

1.4计算结果及分析

在这一步,ANSYS将对自动划分的每一单元的节点进行讨算，建

立的方程很多，需要一定的时间，所得的结果很大。在结构分析完蒯

舌，可进人通用后处理器和时间历程后处理器中浏览分析结果。图3

和图4分别