压力容器折弯法兰有限元分析实例
2022-12-2 12:42:58
压力容器折弯法兰有限元分析
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详细介绍
21世纪，随着计算机信息化的快速发展，信息化与制造业进一步深度融合，全球制造业领域竞争格局发生重大调整与变化。为应对激烈的国际竞争，不断推进制造强国建设，国务院制定出台《中国制造2025》。压力容器作为工业生产领域中的重要应用性设备，随着中国制造战略的推进，也迎来新的发展机遇与挑战。
在制造业领域中，化工、石油等有毒、易燃、易爆产业领域是压力容器应用的重要行业。因此，压力容器的设计、制造就显得格外重要，一旦设计不合理、制造出现偏差，将会在实际生产应用中带来各种各样的问题，轻则导致制造产品质量过低，严重则可导致安全生产事故的发生。正因如此，压力容器的设计环节非常重要，要充分考虑实际生产应用中可能的各项因素，不断提升设计质量，优化制造生产，促进实际工业生产领域的效益和质量双提升。
本文采用有限元分析法对折弯法兰进行了详尽的应力分析；并按照JB4732-1995《钢制压力容器—分析设计标准》（2005确认）进行强度评定。
设备设计数据表
一 设计条件
查GB150.1～150.4-2011《压力容器》：材料S31603在设计温度150℃下，许用应力[σ]t =87MPa
c.计算条件如下：
d.材料的力学性能参数见下表：
二 结构分析和力学模型
1、原始尺寸结构图
2、实体模型
3、有限元分析模型的单元选择
本分析报告所采用的部件结构参数及各元件的尺寸，分析计算所用的厚度皆不包括腐蚀裕量，后述分析、评定均是基于此参数进行。共划分168426个单元和393149个节点，具体网格划分结果见图3。
4、有限元分析模型分析过程
该分析是在分析模型上直接导入材料属性的，从而得到以下结果。
4.1 有限元分析模型的载荷
容器内部压力均为0.55Mpa，其加载情况如下图:
5、分析结果和应力强度评定
5.1 法兰应力云图及位移云图
5.1.1 DN250法兰
a.DN250法兰应力云图如下图所示：
b. DN250法兰位移云图如下图所示：
5.1.2 DN200法兰
a.DN200法兰应力云图如下图所示：
b.DN200法兰位移云图如下图所示
5.1.3 DN150法兰
a.DN150法兰应力云图如下图所示：
b.DN150法兰位移云图如下图所示：
5.1.4 DN125法兰
a.DN125法兰应力云图如下图所示：
b.DN125法兰位移云图如下图所示：
通过以上有限元模型计算，各个折弯法兰的等效应力均小于130.5MPa，满足要求。
在制造业领域中，化工、石油等有毒、易燃、易爆产业领域是压力容器应用的重要行业。因此，压力容器的设计、制造就显得格外重要，一旦设计不合理、制造出现偏差，将会在实际生产应用中带来各种各样的问题，轻则导致制造产品质量过低，严重则可导致安全生产事故的发生。正因如此，压力容器的设计环节非常重要，要充分考虑实际生产应用中可能的各项因素，不断提升设计质量，优化制造生产，促进实际工业生产领域的效益和质量双提升。
本文采用有限元分析法对折弯法兰进行了详尽的应力分析；并按照JB4732-1995《钢制压力容器—分析设计标准》（2005确认）进行强度评定。
设备设计数据表
一 设计条件
a.主要设计参数
b.该压力容器的设计和制造标准为GB150.1～150.4-2011《压力容器》。用局部分析设计的方法来校核，评定方法参照JB4732-1995《钢制压力容器—分析设计标准》（2005年确认）。
查GB150.1～150.4-2011《压力容器》：材料S31603在设计温度150℃下，许用应力[σ]t =87MPa
c.计算条件如下：
注[1]：计算压力的选取按JB4732-95的规定在计算包括二次应力强度的组合应力强度时，应选用工作载荷进行计算，本报告中选用设计载荷进行计算，这对于分析结果是偏于安全的。
d.材料的力学性能参数见下表：
注[2]：许用应力及弹性模量的数值皆按来自GB150.1～150.4-2011《压力容器》。
二 结构分析和力学模型
1、原始尺寸结构图
2、实体模型
3、有限元分析模型的单元选择
本分析报告所采用的部件结构参数及各元件的尺寸，分析计算所用的厚度皆不包括腐蚀裕量，后述分析、评定均是基于此参数进行。共划分168426个单元和393149个节点，具体网格划分结果见图3。
图3 有限元分析网格
4、有限元分析模型分析过程
该分析是在分析模型上直接导入材料属性的，从而得到以下结果。
4.1 有限元分析模型的载荷
容器内部压力均为0.55Mpa，其加载情况如下图:
图4 模型加载(剖视图)
5、分析结果和应力强度评定
5.1 法兰应力云图及位移云图
5.1.1 DN250法兰
a.DN250法兰应力云图如下图所示：
图5 DN250法兰的最大等效应力为128.77MPa
b. DN250法兰位移云图如下图所示：
图6 DN250法兰的最大位移量为2.0362mm
5.1.2 DN200法兰
a.DN200法兰应力云图如下图所示：
图7 DN200法兰的最大等效应力为128.28MPa
b.DN200法兰位移云图如下图所示
图8 DN200法兰的最大位移量为2.3995mm
5.1.3 DN150法兰
a.DN150法兰应力云图如下图所示：
图9 DN150法兰的最大等效应力为127.79MPa
b.DN150法兰位移云图如下图所示：
图10 DN150法兰的最大位移量为2.5379mm
5.1.4 DN125法兰
a.DN125法兰应力云图如下图所示：
图11 DN125法兰的最大等效应力为127.29MPa
b.DN125法兰位移云图如下图所示：
图12 DN125法兰的最大位移量为2.5529mm
通过以上有限元模型计算，各个折弯法兰的等效应力均小于130.5MPa，满足要求。
