ANSYS压力容器(东北大学选修课)Word下载.docx
- 文档编号:8696002
- 上传时间:2023-05-13
- 格式:DOCX
- 页数:17
- 大小:438.91KB
ANSYS压力容器(东北大学选修课)Word下载.docx
《ANSYS压力容器(东北大学选修课)Word下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《ANSYS压力容器(东北大学选修课)Word下载.docx(17页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
2.1选材 7
2.2焊缝系数的选择 7
2.3容器壁厚计算 8
2.32壁厚计算 9
2.33椭圆封头壁厚计算 10
2.4变径段强度设计 11
2.41圆锥连接加强 11
2.42变径段中间部分:
12
2.5补强计算 12
2.5.1内压容器开孔后所需的补强面积 12
2.5.2有效补强面积即已有的加强面积 13
第三章优化设计 14
3.1后处理结果 14
第四章实验总结 17
第一章设计任务
1.1设计要求
压力容器用刚可以分为碳素钢、低合金钢、和高合金钢。
压力容器用碳素钢主要有三类:
第一类是碳素结构钢,如Q235-B和Q235-C钢板;
第二类就是优质碳素钢,如10、20钢钢管,20、35钢锻件;
第三类是压力容器专用钢板,如Q245R、20G。
Q245R是在20钢基础上发展起来的,主要是对硫、磷等有害元素的控制更加严格,对钢材的表面质量和内部缺陷控制的要求也较高。
对图示设备在满足工艺设计参数的前提下完成选材、结构设计和设计计算报告,最终确定设备强度尺寸并编写设计说明书,完成该设备的设计(按分析设计法进行设计)。
要求保证安全性的前提下,尽量降低设备成本并实现优化设计。
1.2设计参数
同学从以下五组尺寸参数与一组压力参数中任选一组。
表1设计数据
操作载荷
压力
A
0.4MPa
F
2.4MPa
B
0.8MPa
G
2.8MPa
C
1.0MPa
H
3.0MPa
D
1.6MPa
I
3.8MPa
E
2.0MPa
J
4.0MPa
设计寿命
10年
腐蚀速率
0.3mm/y
操作温度
200℃
操作介质
空气、水蒸汽
表2尺寸参数mm
参数
第一组
第二组
第三组
第四组
第五组
Di
3200
2800
2400
1800
1600
Di1
2000
1200
1000
L1
4500
3500
3000
2500
L2
1500
L3
800
600
500
L4
1300
表3接管尺寸参数mm
a
φ457×
14
φ356×
12
φ273×
10
8
φ216×
b
φ114×
6
φ89×
φ60×
4
c
d
φ219×
φ168×
e
25
本设计载荷选择为c级(1.0MPa压强),结构尺寸参数选择第三组。
1.3设备结构
第二章容器强度设计
2.1选材
本设计介质为有空气和水蒸气,危害程度不高,且设计压力较低,因此对材料要求不高。
综合考虑经济性等因素选择使用Q245R为罐体和夹套的制造用钢。
其主要物理性能根据GB713列于表2-1所示:
容器选择Q345R钢板
表2-1
Q245R的物理性能
温度/oC
物理量
100
200
密度(t/m3)
7.8
弹性模量E(x10-5Mpa)
2.11
2.07
切变弹性模量G
8.23
7.98
(x10-4/Mpa)
泊松比μ
0.286
0.289
熔点/OC
1450
2.2焊缝系数的选择
影响焊接接头系数大小的因素很多,但主要与焊接接头形式和焊缝无损检测的要求及长度比例有关。
中国钢制压力容器的焊接接头系数可按表2-3选取。
此处针对的压力容器为钢制容器,采用的接头形式为双面焊或相当于双面焊全熔透的对接焊缝,查表可得焊缝系数。
φ=0.85
表2-2
钢板许用应力
常温强度指标
下列温度的许用应力/Mpa
钢号
钢板标
使用状
厚度
σb
σs
准
态
/mm
20
MPa
6~16
400
245
133
131
热轧
Q245R
GB6654
16~36
235
132
124
正火
36~60
225
126
119
表2-3
钢制压力容器焊接街头系数ф值
焊接接头形式
无损检测
ф值
比例
双面焊或相当
100%
1.00
单面焊对接
0.90
于双面焊的全熔透
头沿焊缝根部全长
局部
0.85
0.80
对接接头
有紧贴金属的垫板
2.3容器壁厚计算
2.31工作参数
压强1.0MPa;
温度200℃。
设计压力按照表2-4确定,
表2-4不同类型容器的涉及压力与工作压力的关系
类型
设计压力
无安全泄放装置
1.0~1.1倍最高工作压力
装有安全阀
取1.05~1.1倍最高工作压力且不低于
安全阀开启压力
装有爆破片
取爆破片标定爆破压力范围上限
则设计压力:
设计温度按照表3-10确定
表3-10
设计温度和操作温度的关系
介质温度t/oC
设计温度
t≤-20
介质正常操作温度减0~10oC
-20﹤t≤15
介质正常操作温度减5~10oC
t≥15
介质正常操作温度加15~30oC
因此设计温度:
℃
2.32壁厚计算
厚度附加量的确定:
附加壁厚包括钢板负偏差c1,腐蚀裕度c2、加工减薄量c3,在压力容器设计中仅考虑cl和c2,腐蚀裕度取3.0,。
式中C1——刚才厚度负偏差,mm;
C2——腐蚀余量,mm。
钢板厚度负偏差,按钢材标准规定,其值如表3-11钢板厚度负偏差。
查表3-11,取负偏差C1=0.8mm。
同理
综上所述:
设计厚度:
名义厚度:
式中 ——厚度圆整值,mm;
2.33椭圆封头壁厚计算
设计,查表得K为1
综合考虑设计封头厚度:
2.4变径段强度设计
2.41圆锥连接加强
1)大端连接
经查,大端与圆筒连接,连接处进行补强
圆锥加强段长度:
2)小端连接
2.5补强计算
2.5.1内压容器开孔后所需的补强面积
(4.1)
式中开孔直径:
㎜;
强度削弱系数:
壳体开孔处的计算厚度㎜
接管有效厚度:
㎜
则㎜2
2.5.2有效补强面积即已有的加强面积
壳体开孔后,在有效补强范围内,可作为补强的截面积(包括来自壳体、接管、焊缝金属、补强元件)
(4.2)
筒体上多余金属面积:
(4.3)
有效补强宽度B=2d
筒体的有效厚度㎜
所以
㎜2
人孔接管上多余的面积:
(4.4)
外侧有效高度:
内侧有效高度即实际内伸高度
接管计算厚度:
mm
焊缝金属截面积:
则㎜2
比较的
满足以下条件的可选用补强圈补强。
所需补强圈的面积为:
第三章优化设计
本设计对压力容器应力强度分析应用ANSYS14.0版本进行优化设计。
3.1后处理结果
X方向应力
Y方向应力
Z方向应力
应力集中
应变集中
第四章实验总结
模拟结果在手算结果的基础上,对修正后的壁厚进行相应的验证,经过验证接管与圆柱筒壁的连接处局部应力集中情况存在,且最大应力集中出现在接管与筒壁连接的上下端点处(其连线与圆柱筒母线平行)。
而且最大应力集中处应力值为120MPa,满足许用要求。
另外,通过课程的学习学到了一些ANSYS的基础知识,为以后的学习打下一定的基础,也结交到了一些新同学,最后感谢老师这几周的耐心指导,感谢小伙伴们对我的帮助,谢谢。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- ANSYS 压力容器 东北大学 选修课