【正文】 ，載荷和撓度的關(guān)系如圖26所示。已知橢圓曲線方程如下由此求得一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)為R1為殼體母線的第一主曲率半徑為將 和 代入上述之表達(dá)式，得 第二曲率半徑為橢圓至回轉(zhuǎn)軸的法線長(zhǎng)度，橢圓切線的斜率為從圖28可知和，可得第二曲率半徑為將、表達(dá)式分別代入（23）和（24）式，可求得經(jīng)向應(yīng)力和環(huán)向應(yīng)力。殼體的邊界處不得限制邊界處的轉(zhuǎn)角與撓度，故約束沿經(jīng)線的切向方向。此式稱為殼體的區(qū)域平衡方程式。在容器mOm’區(qū)域上，任作兩個(gè)相鄰且都與殼體正交的圓錐面。這個(gè)聯(lián)系薄膜應(yīng)力、和壓力p的方程，也稱為微元平衡方程。因?yàn)檩S對(duì)稱，、不隨變化，在截面ab和cd上的值相等。所以變形不會(huì)連續(xù)發(fā)展，邊緣應(yīng)力不可能無限制地增長(zhǎng)，這就是邊緣應(yīng)力的自限性。劃分單元格進(jìn)行計(jì)算。分析組合殼不連續(xù)應(yīng)力的方法，在工程上稱為“不連續(xù)分析”。 當(dāng)容器受載時(shí)，若是將容器中兩殼體視作自由體，容器中連接邊緣兩側(cè)殼體的薄膜變形是不相同的，但在連接處，它們的變形不能自由伸展，因此迫使殼體連接處發(fā)生局部的彎曲，既然出現(xiàn)了彎曲現(xiàn)象，勢(shì)必在該邊緣部位存在附加的邊緣力（橫剪力）Q0和邊緣力矩（內(nèi)力矩）M0，才能使殼體的連接區(qū)域產(chǎn)生這種局部的彎曲，也才能保證彎曲后的經(jīng)線不斷開和無折點(diǎn)。本節(jié)討論薄殼的應(yīng)力分析。按照厚度t與其中曲面率半徑R的比值大小，殼體又可分為薄殼和厚殼。 橢圓形封頭的應(yīng)力分析并計(jì)算 壓力容器通常是由板、殼等組合而成的焊接結(jié)構(gòu)。壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)，并不是每臺(tái)容器都要考慮以上載荷。管線布置最終確定后，管路設(shè)計(jì)者要確保由接管應(yīng)力分析得到的載荷不會(huì)超過指定的管系載荷。當(dāng)管系與容器接管相連接時(shí)，由于管路及管內(nèi)物料重量、管系的熱膨脹和風(fēng)載荷、地震或其他載荷的作用，在接管處產(chǎn)生的載荷就是管系載荷。運(yùn)輸載荷可用加速度除以標(biāo)準(zhǔn)重力加速度所得到的系數(shù)表示，也可用水平方向和垂直方向加速度給出。為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)計(jì)算，通常采用地震影響系數(shù)，把地震力簡(jiǎn)化當(dāng)量剪力和彎矩。所以它是由高度湍湍的空氣掃過地表時(shí)形成的非穩(wěn)定流動(dòng)引起的。（1） 重力載荷 重力載荷是指由容器及其附件、內(nèi)件和物料的重量引起的載荷。例如，相對(duì)密度為1000㎏/（）。作用在容器上的壓力，可能是內(nèi)壓、外壓或兩者均有。壓力載荷壓力可用絕對(duì)壓力或表壓來表示，是壓力容器承受的基本載荷。使用GB150 難于確定結(jié)構(gòu)尺寸的受壓元件。一般只是對(duì)符合下列條件之一的容器才按JB4732 設(shè)計(jì)：殼體名義厚度大于25mm 的高壓容器。其他如接管、人孔、手孔等承壓封頭、平蓋及其緊固件，以及非受壓元件與受壓元件的焊接接頭，直接連在容器上的超壓泄壓裝置均應(yīng)符合GB150的有關(guān)規(guī)定 （二）JB473295《鋼制壓力容器—分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》依靠彈性應(yīng)力分析，可選用彈性失效準(zhǔn)則、塑性失效準(zhǔn)則、彈塑性失效準(zhǔn)則。是法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系的技術(shù)基礎(chǔ)，是法規(guī)得以實(shí)施的重要保證。但是，在歐盟各成員國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，不是由成員國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)制訂的承壓設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)無需廢止。EN13445《非火焰接觸壓力容器》是與97/23/EC相對(duì)應(yīng)的歐洲協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)，其主要內(nèi)容有：總則、材料、設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)、安全系統(tǒng)和鑄鐵容器。87/404/EEC僅適用于介質(zhì)為空氣或氮?dú)狻毫Γū韷海?。隨著歐洲統(tǒng)一市場(chǎng)的建立和歐元的面市，為促進(jìn)承壓設(shè)備在歐盟成員國(guó)內(nèi)的自由貿(mào)易，盡可能在最廣泛的工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)實(shí)施統(tǒng)一的技術(shù)法規(guī)，歐盟頒布了許多與承壓設(shè)備有關(guān)的EEC/EC指令（DIRECTIVE）和協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)（HARMONIZED STANDARDS）。隨著JIS B8265的實(shí)施，日本出現(xiàn)了JIS B8265和JIS B8270雙標(biāo)準(zhǔn)并存的狀態(tài)。為適應(yīng)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，在整理和綜合原有標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，日本決定采用新的標(biāo)準(zhǔn)體系，編制基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、通用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，于1993年3月頒布了新的壓力容器標(biāo)準(zhǔn)；JIS B8270《壓力容器（基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)）》和JIS B8285《壓力容器（單項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)）》。第Ⅹ篇《玻璃纖維增強(qiáng)塑料壓力容器》是現(xiàn)有ASME規(guī)范中惟一的非金屬材料篇。ASME Ⅷ2包括了疲勞設(shè)計(jì)，但設(shè)計(jì)溫度限制在蠕變溫度以內(nèi)。1925年首次頒布的ASMEⅧ1為常規(guī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，適用于壓力大小等于20MPa；它以彈性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則為依據(jù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定材料的許用壓力，并對(duì)零部件尺寸做出一些具體規(guī)定。這是ASME鍋爐和壓力容器規(guī)范（以下簡(jiǎn)稱ASME規(guī)范）各卷的開始，后來成為ASME規(guī)范第Ⅰ卷《動(dòng)力鍋爐》。ASME規(guī)范每三年出版一個(gè)新的版本，每年有兩次增補(bǔ)。設(shè)計(jì)師需要?jiǎng)?chuàng)造性地使用規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)具體設(shè)計(jì)要求，在滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)基本要求的前提下，做出最佳的設(shè)計(jì)方案。為確保壓力容器在設(shè)計(jì)壽命內(nèi)安全可靠地運(yùn)行，世界各工業(yè)國(guó)家都制定了一系列壓力容器規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。（六）按容器壁厚分類薄壁容器 δ/Di≤ （K=D0/Di ≤ ）；厚壁容器 δ/Di＞ （K=D0/Di ＞ ）。（五）按容器壁溫分類 常溫容器的壁溫20℃~200 ℃。采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)壓力容器時(shí)，應(yīng)采用相應(yīng)的分類方法。第一類壓力容器 除上述規(guī)定以外的低壓容器為第一類壓力容器。m3的中壓儲(chǔ)存容器；(4) 易燃或毒性程度為中度危害介質(zhì)，壓力容器的危害性還與其設(shè)計(jì)壓力p和容積V的乘積有關(guān)，pV值愈大，則容器破裂時(shí)爆炸能量愈大，危害性也愈大，對(duì)容器的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、使用和管理的要求愈高。(二)按作用分類 反應(yīng)壓力容器（R）； 換熱壓力容器（E）； 分離壓力容器（S）； 儲(chǔ)存壓力容器（C，球罐B）。* Q235AF不得用于制造易燃介質(zhì)容器 Q235A不得用于制造液化石油氣容器易燃介質(zhì)對(duì)壓力容器的選材、設(shè)計(jì)、制造、管理等提出了較高的要求。(二) 易燃性易燃性是可燃?xì)怏w或蒸氣與空氣混合物遇到明火能夠發(fā)生爆炸的可能性大小。介質(zhì)毒性程度愈高，壓力容器爆炸或泄漏所造成的危害愈嚴(yán)重，對(duì)材料選用、制造、檢驗(yàn)和管理的要求愈高。設(shè)計(jì)壓力容器時(shí)，依據(jù)化學(xué)介質(zhì)的最高容許濃度，中國(guó)將化學(xué)介質(zhì)分為極度危害(Ⅰ級(jí))、高度危害(Ⅱ級(jí))、中度危害(Ⅲ級(jí))、輕度危害(Ⅳ級(jí))等四個(gè)級(jí)別。（一）毒性毒性是某種化學(xué)毒物引起有機(jī)體損傷的能力。危害程度愈高，壓力容器材料、設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、使用和管理的要求也愈高。對(duì)于儲(chǔ)存用的容器，這一外殼即為容器本身。 （五）支座壓力容器靠支座支承并固定在基礎(chǔ)上。為使操作人員能夠自由出入，圓形人孔的直徑至少應(yīng)為400mm，橢圓形人孔的尺寸一般為。手孔和人孔是用來檢查、裝拆和洗滌容器內(nèi)部的裝置。法蘭按其所連接的部件分為容器法蘭和管道法蘭；用于容器封頭(或頂蓋)與筒體間，以及兩筒體間連接的法蘭叫容器法蘭；用于管道連接的法蘭叫管道法蘭。（三）密封裝置泄漏是常見的一種壓力容器失效形式。圓筒按其結(jié)構(gòu)可分為單層式和組合式兩大類。若容器的直徑不是很大，一般只有一條縱焊縫；隨著容器直徑的增大，由于鋼板幅面尺寸的限制，可能有兩條或者兩條以上的縱焊縫。內(nèi)直徑和容積由工藝確定。關(guān)鍵詞：壓力容器；平板封頭；橢圓形封頭；應(yīng)力分析；ANSYS有限元法ABSTRACT Pressure vessel is internal or external to gas or liquid pressure, and the security requirements of a sealed container. Analyses the stress distribution in the ellipse head and Flat head containers theoretically,and measures the stress by electrical measurement method,then carries on pare and discuss by bining ANSYS finite element analysis method. The purpose of stress analysis is to find out the structure load, the structure, the stress distribution of the greatest stress or equivalent to stress the value,then this assessment, to put the stress in a control within. after the experiment and experimental data and ansys the finiteelement method analysis of data in contrast, the following analysis results ：experimental and theoretical values measured there are some differences，the error of some points are relatively large the experimental measured results obtained in good agreement with ANSYS.Keywords:Pressure vessel；Flat head；Ellipse head；Stress analysis；Using the ANSYS finite element metho目 錄摘 要 IABSTRACT II第一章 緒論 1 壓力容器的結(jié)構(gòu) 1 1 壓力容器主要分類 3 按介質(zhì)危害性分類 3 壓力容器分類 4 世界壓力容器規(guī)范標(biāo)準(zhǔn) 6 國(guó)外主要規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介 7 國(guó)內(nèi)主要規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介 9第二章 橢圓形封頭與平板封頭的應(yīng)力分析并計(jì)算 12 載荷分析 12 12 14 橢圓形封頭的應(yīng)力分析并計(jì)算 14 回轉(zhuǎn)薄殼的不連續(xù)分析 15 無力矩理論的基本方程 16 19 橢圓形封頭理論計(jì)算公式推導(dǎo) 20 22 平板封頭應(yīng)力分析 23 概述 23 圓平板對(duì)稱彎曲微分方程 24 圓平板中的應(yīng)力 28 32第三章 實(shí)驗(yàn)法進(jìn)行封頭的應(yīng)力測(cè)定及分析 34 電測(cè)法測(cè)定封頭應(yīng)力 34 電測(cè)法的目的、原理及要求 34 36 實(shí)驗(yàn)步驟 36 電測(cè)法實(shí)驗(yàn)結(jié)果 36 理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比并分析 38第四章 有限元法對(duì)封頭進(jìn)行應(yīng)力分析 42 ANSYS有限元分析簡(jiǎn)介 42 ANSYS軟件提供的分析類型 42 ANSYS對(duì)已知平板封頭應(yīng)力分析 43 ANSYS對(duì)已知平板封頭應(yīng)力分析步驟 43 ANSYS對(duì)已知橢圓形封頭應(yīng)力分析結(jié)果 51第五章 數(shù)據(jù)處理及誤差分析 55 5實(shí)驗(yàn)法、有限元法的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比并進(jìn)行誤差分析 56第六章 結(jié)論 57參考文獻(xiàn) 58致 謝 59第一章 緒論 壓力容器的結(jié)構(gòu) 一般來說壓力容器是典型的由板、殼組合而成的焊接結(jié)構(gòu)。平板封頭與橢圓形封頭應(yīng)力測(cè)定及分析摘 要壓力容器是內(nèi)部或外部承受氣體或液體壓力、并對(duì)安全性有較高要求的密封容器。經(jīng)過此次實(shí)驗(yàn)并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與ANSYS有限元法分析所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比，得到了以下的分析結(jié)果：在實(shí)際測(cè)得數(shù)值與理論數(shù)值有些不一樣，一些點(diǎn)的誤差比較大，實(shí)驗(yàn)測(cè)得數(shù)據(jù)與ANSYS所得到的數(shù)據(jù)相接近。圖11 壓力容器總體結(jié)構(gòu) 1法蘭；2支座；3封頭拼接焊縫；4封頭；5環(huán)焊縫；6補(bǔ)強(qiáng)圈；7人孔；8縱焊縫；9筒體；10壓力表；11安全閥；12液面計(jì)（一）筒體 壓力容器的筒體是儲(chǔ)存物料或完成化學(xué)反應(yīng)所需要的主要壓力空間。由于該焊縫的方向和圓筒的縱向（即軸向）平行，因此稱為縱向焊縫，簡(jiǎn)稱縱焊縫。筒節(jié)與筒節(jié)之間、筒節(jié)與端部封頭之間的連接焊縫，由于其方向與筒體軸向垂直，因此稱為環(huán)向焊縫，簡(jiǎn)稱環(huán)焊縫。封頭與筒體根據(jù)工藝要求不同有兩種連接方法：一是不可拆（直接焊接），另一是為可拆式（螺栓法蘭連接），可拆連接因不同情況有不同的密封要求。螺栓法蘭連接(簡(jiǎn)稱法蘭連接)是一種應(yīng)用最廣的密封裝置，它的作用是通過螺栓連接，并通過擰緊螺栓使密封元件壓緊而保證密封。開孔主要是根據(jù)工藝和檢修的要求而設(shè)置的各種管口，如物料的進(jìn)出口、壓力計(jì)表口、測(cè)溫口、液面計(jì)孔、人孔、手孔等等。常見的人孔形狀有圓形和橢圓形兩種。對(duì)容器上已開設(shè)的孔，還應(yīng)進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)，以確保所需的強(qiáng)度。球形容器多采用柱式或裙式（六）附件壓力容器安全附件主要有： 安全閥、緊急切斷閥、爆破裝置、安全聯(lián)鎖裝置、壓力表、液面計(jì)、測(cè)溫儀表等 上面所述的六大部件(筒體、封頭、密封裝置、開孔接管、支座及安全附件)構(gòu)成了一臺(tái)壓力容器的外殼。危害程度與多種因素有關(guān)，比如設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度、介質(zhì)危害性、材料力學(xué)性能、使用場(chǎng)合和安裝方式等。在分類中主要與毒性、易燃性有關(guān)。最高允許質(zhì)量濃度為對(duì)人體不會(huì)發(fā)生危害作用的最高濃度。其中Q235A或Q235B鋼板不得用于制造毒性程度為極度或高度危害的壓力容器。毒性程度對(duì)法蘭的選用影響也甚大，主要體現(xiàn)在法蘭的公稱壓力等級(jí)上，如內(nèi)部介質(zhì)為中度毒性危害，；內(nèi)部介質(zhì)為高度或極度毒性危害，且還應(yīng)盡量選用帶頸對(duì)焊法蘭等。 如甲烷、乙烷、乙烯、氫氣等。(一)按壓力等級(jí)分類 內(nèi)壓：低壓容器（L） ≤ P 中壓容器（M） ≤ P 高壓容器（H） ≤ P100Mpa 超高壓容器（U） P≥100Mpa 外壓：容器的內(nèi)壓力一個(gè)大氣壓() 稱為真空容器。如儲(chǔ)存容易燃火毒性程度中度及以