22 压力容器分析设计-仿真实例

专注于仿真分析和振动分析

00 导读

    本文案例来自江楠编著《应力容器分析设计方法》节1.3.2，例1-1。案例描述如下图所示。

01 研究背景

和传统的常规设计相比，ASME VIII D2规范中的分析设计方法法显得更全面、更深刻、更精确。分析设计方法将应力分为薄膜应力、弯曲应力，峰值应力，并且也将应力分为一次应力和二次应力。主流的有限元分析软件在线性化应力后，可以区分薄膜应力、弯曲应力、峰值应力，但并不区分一次应力和二次应力，所以只能由分析者自己判断。

02 几何模型

   几何模型如下图所示。

03 材料模型

    本文使用到的所有材料参数如下。

    线弹性，热膨胀系数。

04 网格划分

    网格的整体和局部如下图所示。

05 边界条件

    施加压力载荷和温度载荷。

06 仿真分析

    压力载荷下各应力水平。

    筒体环向和轴向应力如下图所示。

    以上结果的公式解验证可以参考笔者前作《07 厚壁圆筒的应力分布(内压)》。

    路径A-A。

    路径B-B。

    路径筒体。

    温度载荷下各应力水平。

    筒体环向和轴向应力如下图所示。

    以上结果的公式解验证可以参考笔者前作《09 厚壁圆筒的应力分布(热应力)》。

    压力载荷和温度载荷综合作用下各应力水平。

    路径A-A。

    路径B-B。

    路径筒体。

07 总结

    已知温度应力属于二次应力，根据ASME规范。

    对于有限元分析软件的线性化应力，Membrane应力的许用应力可取1.5倍的材料许用应力，Membrane+Bending应力的许用应力可取3倍的材料许用应力。本次强度分析不涉及疲劳，不考虑Total应力。

    由此可以判断，按照分析设计方法，本文设计符合强度要求。