承压设备应力分析大作业

DN800容器应力分析报告StressAnalysisReport浙江大学化工机械研究所InstituteofProcessEquipment，ZhejiangUniversityApr.,2014IIDN800容器应力分析报告StressAnalysisReport计算编制：高晓斐21328016(PRE.)校核：(CHK.)审核：(REV.)批准：(APR.)浙江大学化工机械研究所InstituteofProcessEquipment，ZhejiangUniversityApr.,2014III目录1设计依据.......................................................................................................................................12.1用户委托数据（表1）.....................................................................................................22.2计算条件............................................................................................................................22.2.1设计工况下的载荷计算条件（表2）...................................................................22.2.2设计工况下的材料性能（表3）...........................................................................32.2.3正常操作工况疲劳计算条件（表4）...................................................................33罐体主要部件厚度的初步计算...................................................................................................43.1筒体厚度............................................................................................................................43.2封头厚度............................................................................................................................43.3开孔接管补强结构尺寸的初步确定.................................................................................44分析与计算...................................................................................................................................54.1分析方法............................................................................................................................54.2力学计算............................................................................................................................54.2.1力学模型..................................................................................................................54.2.2边界条件..................................................................................................................74.2.3设计工况计算..........................................................................................................84.2.4应力线性化............................................................................................................105应力强度评定.............................................................................................................................106疲劳强度评定.............................................................................................................................137结论.............................................................................................................................................148技术要求.....................................................................................................................................15附录1：模型设计工况下应力线性化数据..................................................................................1611设计依据（1）TSGR0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》（2）JB4732-95《钢制压力容器——分析设计标准》(2005年确认版)（3）承压设备课程大作业提供的容器参数。22设计参数与载荷分析2.1用户委托数据（表1）设计参数和条件如表1所示。表1容器设计参数与条件表设计压力/MPa1.0操作压力/MPa0.2~0.8设计温度/℃250试验温度/℃20腐蚀裕量/mm2接管N1材料16MnⅢ筒体直径/mmφ2000封头类型标准椭圆形年交变次数(正常工作)/次365×2=730设计寿命15年总循环次数/次730×15=109502.2计算条件2.2.1设计工况下的载荷计算条件（表2）表2设计工况下的载荷计算条件表设计工况温度/℃250压力/MPa1.032.2.2设计工况下的材料性能（表3）表3设计工况下材料性能表（泊松比取0.3）设计工况筒体Q345R（6~16mm）Sm1/MPa167E/MPa1.88×105封头Q345R（6~16mm）Sm2/MPa167E/MPa1.88×105接管16MnⅢ锻件Sm3/MPa167E/MPa1.88×1052.2.3正常操作工况疲劳计算条件（表4）表4正常操作工况疲劳计算条件表设计寿命15年总循环次数变压工况10950设备正常工作时加压、卸压，年交变工况为730次，设计寿命为15年，总循环次数为10950。43罐体主要部件厚度的初步计算采用JB4732-95（2005年确认版）的有关计算公式求得各部件厚度。因物料密度较小，不考虑介质静压。取钢板负偏差C1=0.3。.3.1筒体厚度计算厚度：δ=cmicpKSDp2=1.0002167-1.020=6.01mm式中：K为载荷组合系数取1.0，pc为筒体计算压力取1.0MPa，Sm1为Q345R（小于16mm）设计应力强度取167MPa。设计厚度：δd=δ+C2=6.01+2=8.01mm名义厚度：取δn=10mm。要求筒体成形后最小厚度为9.7mm，则实际建模壁厚为7.7mm。3.2封头厚度标准椭圆形封头的计算厚度，按JB4732-95《钢制压力容器——分析设计标准》(2005年确认版)图7-1中参数为r/i=0.17D的曲线确定。cm2iP1.0由0.005988，查得0.0048，得8.64mm。KS1167Rii式中：R0.9D0.920001800mm；K为载荷组合系数取1.0；pc为封头计算压力取1.0MPa；Sm1为Q345R（6~16mm）设计应力强度取167MPa。设计厚度：δd=δ+C2=8.64+2=10.64mm名义厚度：取δn=6mm要求封头成形后最小厚度为10.56mm，则实际建模壁厚为8.6mm。3.3开孔接管补强结构尺寸的初步确定设计条件中，压力变化幅度大、交变次数多，结构尺寸主要由疲劳载荷确定。为降低制造成本，本设计采用厚壁管来提高设备的疲劳寿命。表5列出各开孔接管的尺寸参数。表5开孔厚壁接管补强结构尺寸（mm）序号接管位置接管内直径厚壁管外径×壁厚伸出长度角焊缝高度数量接管N1上封头中心径向开孔φ1100φ1180×4020025154分析与计算4.1分析方法采用ANSYS15软件，使用N-mm-Pa单位制。完整的结构分析应考虑以下载荷：①压力作用，液柱静压力作用超过设计压力的5%时应计及液柱静压的作用；②设备的自重作用,还有其他载荷。力学模型：含筒体、封头、接管，使用solid45单元。主要考核上封头和筒体的连接处以及封头上接管。对于静强度分析，查看壳体所有结构不连续部位的应力情况，得出壳体中性面和内、外表面的应力强度值，依据强度判定准则，进行应力分类校核。对于疲劳分析，考虑在变压情况下疲劳循环设计操作次数10950次，根据工作载荷和工作温度循环下由模型计算的Sv值，查疲劳曲线，得到工作许用循环操作次数，将其与设计循环次数进行比较，从而判断该容器能否满足疲劳强度要求。完整的塔分析应考虑以下载荷：①压力载荷，液柱静压力作用超过设计压力的5%时应计及液柱静压的作用；②罐的自重载荷；③接管引起的载荷与偏心载荷。因为外部管线固定良好且对接管的作用力相对于罐内壁所受内压来说很小，所以本项目计算时不考虑外部管线对接管的附加作用力以及偏心载荷。基于以上分析，本设备整体模型主要计算以下工况：设计工况+自重对于静强度分析，查看壳体所有结构不连续部位的应力情况，得出壳体中性面和内、外表面的应力强度值，依据强度判定准则，进行应力分类校核。建模时，筒体、封头和接管等受压元件均采用有效厚度或成形后最小厚度减腐蚀裕量。例如，筒体内径2000mm，成形后最小厚度为7.7mm，则分析模型中的接管内径为1100mm、外径为1180mm。4.2力学计算4.2.1力学模型力学整体模型与传热整体模型相同，如图1所示，包括部分筒体、上椭圆形封头、开孔接管。有限元建模时，建立四分之一整体模型，采用实体单元solid45