【正文】 D STANDARDS）。為適應科學技術的進步，在整理和綜合原有標準的基礎上，日本決定采用新的標準體系，編制基礎標準、通用技術標準及相關標準，于1993年3月頒布了新的壓力容器標準；JIS B8270《壓力容器（基礎標準）》和JIS B8285《壓力容器（單項標準）》。ASME Ⅷ2包括了疲勞設計，但設計溫度限制在蠕變溫度以內。這是ASME鍋爐和壓力容器規(guī)范（以下簡稱ASME規(guī)范）各卷的開始，后來成為ASME規(guī)范第Ⅰ卷《動力鍋爐》。設計師需要創(chuàng)造性地使用規(guī)范標準，根據(jù)具體設計要求，在滿足規(guī)范標準基本要求的前提下，做出最佳的設計方案。（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 ＞ ）。采用國際標準或國外先進標準設計壓力容器時，應采用相應的分類方法。m3的中壓儲存容器；(4) 易燃或毒性程度為中度危害介質，(二)按作用分類 反應壓力容器（R）； 換熱壓力容器（E）； 分離壓力容器（S）； 儲存壓力容器（C，球罐B）。(二) 易燃性易燃性是可燃氣體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。設計壓力容器時，依據(jù)化學介質的最高容許濃度，中國將化學介質分為極度危害(Ⅰ級)、高度危害(Ⅱ級)、中度危害(Ⅲ級)、輕度危害(Ⅳ級)等四個級別。危害程度愈高，壓力容器材料、設計、制造、檢驗、使用和管理的要求也愈高。 （五）支座壓力容器靠支座支承并固定在基礎上。手孔和人孔是用來檢查、裝拆和洗滌容器內部的裝置。（三）密封裝置泄漏是常見的一種壓力容器失效形式。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。關鍵詞：壓力容器；平板封頭；橢圓形封頭；應力分析；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 壓力容器的結構 1 1 壓力容器主要分類 3 按介質危害性分類 3 壓力容器分類 4 世界壓力容器規(guī)范標準 6 國外主要規(guī)范標準簡介 7 國內主要規(guī)范標準簡介 9第二章 橢圓形封頭與平板封頭的應力分析并計算 12 載荷分析 12 12 14 橢圓形封頭的應力分析并計算 14 回轉薄殼的不連續(xù)分析 15 無力矩理論的基本方程 16 19 橢圓形封頭理論計算公式推導 20 22 平板封頭應力分析 23 概述 23 圓平板對稱彎曲微分方程 24 圓平板中的應力 28 32第三章 實驗法進行封頭的應力測定及分析 34 電測法測定封頭應力 34 電測法的目的、原理及要求 34 36 實驗步驟 36 電測法實驗結果 36 理論計算與實驗結果對比并分析 38第四章 有限元法對封頭進行應力分析 42 ANSYS有限元分析簡介 42 ANSYS軟件提供的分析類型 42 ANSYS對已知平板封頭應力分析 43 ANSYS對已知平板封頭應力分析步驟 43 ANSYS對已知橢圓形封頭應力分析結果 51第五章 數(shù)據(jù)處理及誤差分析 55 5實驗法、有限元法的結果進行對比并進行誤差分析 56第六章 結論 57參考文獻 58致 謝 59第一章 緒論 壓力容器的結構 一般來說壓力容器是典型的由板、殼組合而成的焊接結構。經(jīng)過此次實驗并將實驗數(shù)據(jù)與ANSYS有限元法分析所得到的數(shù)據(jù)進行了對比，得到了以下的分析結果：在實際測得數(shù)值與理論數(shù)值有些不一樣，一些點的誤差比較大，實驗測得數(shù)據(jù)與ANSYS所得到的數(shù)據(jù)相接近。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，簡稱縱焊縫。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。開孔主要是根據(jù)工藝和檢修的要求而設置的各種管口，如物料的進出口、壓力計表口、測溫口、液面計孔、人孔、手孔等等。對容器上已開設的孔，還應進行開孔補強設計，以確保所需的強度。危害程度與多種因素有關，比如設計壓力、設計溫度、介質危害性、材料力學性能、使用場合和安裝方式等。最高允許質量濃度為對人體不會發(fā)生危害作用的最高濃度。毒性程度對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上，如內部介質為中度毒性危害，；內部介質為高度或極度毒性危害，且還應盡量選用帶頸對焊法蘭等。(一)按壓力等級分類 內壓：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：容器的內壓力一個大氣壓() 稱為真空容器。第三類壓力容器（具有下列情況之一的，為第三類壓力容器）：(1) 高壓容器；(2) 毒性程度為極度和高度危害介質的中壓容器；(3) 易燃或毒性程度為中度危害介質，且pV乘積大于等于10MPa各國的經(jīng)濟政策、技術政策、工業(yè)基礎和管理體系的差異，各國壓力容器的分類方法也互不相同。低溫容器的壁溫低于一20℃條件下工作的容器其中20 ℃~40 ℃(淺冷容器)低于40℃者為(深冷容器) 。然而規(guī)范不可能包羅萬象，提供壓力容器設計的各種細節(jié)。1914版》。ASME Ⅷ2為分析設計標準，于1968年首次頒發(fā)，它要求對壓力容器各區(qū)域的應力進行詳細地分析，并根據(jù)應力對容器失效的危害程度進行應力分類，再按不同的安全準則分別予以限制。（二） 日本主要壓力容器標準1993年以前，與美國一樣，日本也采用壓力容器基本標準的雙軌制，一部是參照ASME Ⅷ1制定的JIS B8243《壓力容器構造》；另一部是參照ASME Ⅷ2制定的JIS B8250《壓力容器構造——另一標準》。（三） 歐盟主要壓力容器標準歐盟將壓力容器、壓力管道、安全附件、承壓附件等以流體壓力為基本載荷設備統(tǒng)稱為承壓設備。協(xié)調標準是非強制的，但企業(yè)若采用協(xié)調標準，就意味著滿足了相應指令的基本要求。 主要標準由標準化委員會組織制定，政府代表參與。 標準適用范圍 本標準適用于設計壓力： ≤p＜100 ，設計溫度低于以鋼材蠕變控制其應力強度的相應溫度，不同的鋼材該溫度不同（最高475℃）。載荷可分為：壓力載荷：一般采用表壓；非壓力載荷：整體載荷(重力載荷、風載荷、地震載荷、運輸載荷、波動載荷)、局部載荷(支座反力、管系載荷和吊裝力)；交變載荷。其大小與液柱高度及液體密度成正比。風的流動方向通常為水平的，但它通過障礙物表面時，可能有垂直分量。容器經(jīng)海上或陸路或空中運送到安裝地點，由于運輸車輛或船舶或飛機的運動，容器將承受不同方向上的加速度。容器設計者必須保證接管能經(jīng)受住這些載荷，確保不會在容器或接管處產生過大的應力。載荷工況分類： 正常操作工況：容器正常操作時的載荷；特殊載荷工況如：壓力試驗、開停工及檢修；意外載荷工況：緊急狀況下容器的快速啟動或突然停車、容器內發(fā)生化學爆炸、容器周圍的設備發(fā)生燃燒或爆炸等意外情況下，容器會受到爆炸載荷、熱沖擊等意外載荷的作用。與殼體兩個曲面等距離的點所組成的曲面稱為殼體的中面。不連續(xù)應力由此引起的局部應力稱為“不連續(xù)應力”或“邊緣應力”。而當邊緣區(qū)的局部材料發(fā)生屈服進入塑性狀態(tài)時，殼體間原來變形的彈性約束得到了緩解，同時材料的塑性流動還受到周圍彈性區(qū)的限制。由圖21（c）知，經(jīng)向內力和在法線上的分量為將，代入上式，并略去高階微量，得由圖21（d）中ac截面知，周向內力在平行圓方向的分量為再將該分量投影至法線方向，見圖21（e）中ab截面，并考慮，得作微元體法線方向的力平衡，得等式兩邊同除以，得 （21）此式由拉普拉斯（Laplace）首先導出，故稱拉普拉斯方程。容器mOm’區(qū)域上，外載荷軸向分量V，應與mm’截面上的內力軸向分量V’相平衡，所以 （22）式中 a——截面mm’處的經(jīng)線切向與回轉軸OO’的夾角。主要問題是如何確定第一和第二曲率半徑R1和R2，它們都是沿著橢球殼的經(jīng)線連續(xù)變化的。板的純彈性強度與總強度相比較小。板內將產生兩種內力即：薄膜力和彎曲內力。第三個假設為平行于中面的各層材料互不擠壓，即板內垂直于板畫的正應力較小，可忽略不汁。根據(jù)微元體力矩平衡條件可知所有內力與外力對圓柱面切線T的力矩代數(shù)和為零，即 （27）將上述方程展開，取，略去高階量，得 （28） 此為圓平板在軸對稱橫向載荷作用下的平衡方程，它包括著、和三個未知量。距中面為z的那一層，其半徑由彎曲前的變?yōu)?，因此，過A點的周向應變?yōu)? （210）作為小撓度（式中負號表示隨著半徑的增長，卻減?。?，代入上述和表達式，可得表示應變與撓度關系的幾何方程 （211）（三）物理方程根據(jù)第三個假設，圓平板彎曲后，其上任意一點均處于兩向應力狀態(tài)。對于圓平板在板中心處（r=0）撓曲面之斜率與撓度均為有限值，因而要求積分常數(shù)，于是圓平板，上述方程式改寫為 （221）式中、由邊界條件確定。圖215 圓平板中心承受集中載荷時板中的剪力根據(jù)公式224，可求得平板封頭上1～7點上的軸向力和周向力的理論值，其中平板封頭厚度為實測厚度t1=8；t2=；t3=；t4=；t5=t6=t7= ，其余數(shù)據(jù)如圖216所示，所取各點應力理論值見表22。（二）電測法的原理頂蓋的應力測定。將各點測出的主應變代入（33）中既可算出各點的主應力。 電測法實驗結果根據(jù)公式33，可求得封頭上1～7點上的軸向力和周向力的應力值，所取各點應力值見表31和表32。（二）結構動力學分析結構動力學分析用來求解隨時間變化的載荷對結構或部件的影響。熱傳遞的三種類型均可進行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)、線性和非線性分析。（八）聲場分析程序的聲學功能用來研究在含有流體的介質中聲波的傳播，或分析浸在流體中的固體結構的動態(tài)特性。執(zhí)行命令ANSYS Main Menu—preprocessor—Loads—Define Loads—Apply—Displacement—On Nodes，在彈出的對話框中單擊Pick all，在再次彈出的對話框中選擇UY點擊OK，完成對所選節(jié)點施加Y方向的約束。執(zhí)行命令ANSYS Main Menu—Solution—Solve—Current LS在彈出的對話框中單擊OK開始求解，當彈出Note提示框時說明完成求解，單擊Close完成求解。執(zhí)行命令ANSYS Utility Menu—Plot—Keypoint—H