【正文】 用戶(hù)可以通過(guò)4種途徑創(chuàng)建ANSYS模型： (1)在A(yíng)NSYS環(huán)境中創(chuàng)建實(shí)體模型，然后劃分有限元網(wǎng)格。對(duì)于有限單元方法，其基本思路和解題步驟可歸納如下。 有限元法的基本思想在工程或物理問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型（基本變量、基本方程、求解域和邊界條件等）確定以后，有限元法作為對(duì)其進(jìn)行分析的數(shù)值計(jì)算方法的基本思想可簡(jiǎn)單概括為如下3點(diǎn)：
(1)將一個(gè)表示結(jié)構(gòu)或連續(xù)體的求解域離散為若干個(gè)子域(單元)，并通過(guò)它們邊界上的結(jié)點(diǎn)相互聯(lián)結(jié)為一個(gè)組合體。應(yīng)變儀和預(yù)調(diào)平衡箱都達(dá)到平衡狀態(tài)就可以對(duì)實(shí)驗(yàn)容器加壓，測(cè)量各點(diǎn)應(yīng)變。三． 實(shí)驗(yàn)裝置應(yīng)變電測(cè)系統(tǒng)由傳感元件（電阻應(yīng)變片）和測(cè)量?jī)x器二部分組成。一． 電橋測(cè)量的基本原理為了討論方便，以直流電橋?yàn)槔?，設(shè)四臂電橋ABCD如圖47所示，橋臂、和如果都是由電阻片接成，這種接法在電測(cè)中稱(chēng)為全橋接法，若只有、是電阻片，而、是儀器內(nèi)的橋臂電阻，這種接法稱(chēng)為半橋接法。如果環(huán)境濕度較大或?qū)嶒?yàn)時(shí)間緊迫，可用紅外線(xiàn)燈烘烤或電熱吹風(fēng)機(jī)吹風(fēng)加速。KH502膠粘貼工藝簡(jiǎn)便，對(duì)各種金屬。一般常溫應(yīng)變片的使用溫度范圍在內(nèi)。(a) (b) (c) (d) (e) (f)圖45 應(yīng)變花的種類(lèi)若測(cè)點(diǎn)主應(yīng)變方向已知，可采用圖45a或45b的應(yīng)變花，若測(cè)點(diǎn)主應(yīng)變方向未知，應(yīng)采用圖45c或45d的應(yīng)變花，也可采用圖45e的應(yīng)變花。(二)膠基短接式電阻應(yīng)變片膠基短接式應(yīng)變片的敏感柵是由平行排列的金屬電阻絲兩端用電阻很小的較粗金屬絲交錯(cuò)焊接成柵狀回路制成。覆蓋層起保護(hù)作用。（本實(shí)驗(yàn)應(yīng)變片的靈敏系數(shù)）二．應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)應(yīng)變片主要由敏感柵、基底、覆蓋層及引出線(xiàn)所組成，敏感柵用粘合劑粘在甚底和覆蓋層之間。（7）在化工設(shè)備上常用半個(gè)橢球作為容器的封頭，從降低設(shè)備高度，便于沖壓制造考慮，封頭的深度淺一些好。如果和壁厚相等的筒體連接，邊緣附近的最大應(yīng)力與薄膜應(yīng)力并無(wú)明顯不同，因此它被廣泛用于壓力較高、直徑較大的高壓容器和特殊需要的場(chǎng)合。以圖25（c）和（d）所示左半部分圓筒為對(duì)象，徑向位移以向外為負(fù)，轉(zhuǎn)角以逆時(shí)針為正。這樣在兩個(gè)殼體連接處附近形成一種約束，迫使連接處殼體發(fā)生局部的彎曲變形，在連接邊緣產(chǎn)生了附加的邊緣力和邊緣力矩及抵抗這種變形的局部應(yīng)力，使這一區(qū)域的總應(yīng)力增大。從式(27)中可以看出：A 橢球殼上的各點(diǎn)的應(yīng)力是不等的，它與各點(diǎn)的坐標(biāo)有關(guān)，在殼體的頂點(diǎn)處（x=0,y=b）,。并略去高階微量，得 由圖21(d)中ac截面知，周向應(yīng)力在平行圓方向的分量為再將該分量投影至法線(xiàn)方向，見(jiàn)圖21(e)中ab截面，并考慮，得 作微元體法線(xiàn)方向的力平衡，得等式兩邊同除以，得 (21)這個(gè)聯(lián)系薄膜應(yīng)力，和壓力p的方程，稱(chēng)為微元平衡方程。通過(guò)電阻應(yīng)變儀，就可測(cè)得相應(yīng)的應(yīng)變。實(shí)際上也是一種離散化處理方法。 應(yīng)力分析方法應(yīng)力分析的目的就是求出結(jié)構(gòu)在承受載荷（機(jī)械載荷、溫度載荷等）以后，結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力分布情況，找出最大應(yīng)力點(diǎn)或求出當(dāng)量應(yīng)力值，然后對(duì)此進(jìn)行評(píng)定，以把應(yīng)力控制在許用范圍之內(nèi)。（2） 橢圓形封頭結(jié)構(gòu)：由半個(gè)橢球面和短圓筒組成。① 第三類(lèi)壓力容器：具有下列情況之一的，為第三類(lèi)壓力容器；A 高壓容器；B 中壓容器（僅限毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)）；C中壓儲(chǔ)存容器（僅限易燃或毒性程度為中毒危害介質(zhì)，且PV乘積大于等于）；D 中壓反應(yīng)容器(僅限易燃或毒性程度為中毒危害介質(zhì)，且PV乘積大于等于)；E 低壓容器（僅限毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)，且PV乘積大于等于）；F 高壓、中壓管殼式余熱鍋爐；G 中壓搪玻璃壓力容器；H 使用強(qiáng)度級(jí)別較高（指相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)中抗拉強(qiáng)度規(guī)定值下限大于等于540MPa）的材料制造的壓力容器；I 移動(dòng)式壓力容器，包括鐵路罐車(chē)（介質(zhì)為液化氣體，低溫液體）、罐式汽車(chē)（液化氣體運(yùn)輸（半掛）車(chē)、低溫液體運(yùn)輸（半掛）車(chē)、永久氣體運(yùn)輸（半掛）車(chē)）和罐式集裝箱（介質(zhì)為液化氣體、低溫液體）等；J 球形儲(chǔ)罐（容積大于50）；K 低溫液體儲(chǔ)存容器（容積大于5）；② 第二類(lèi)壓力容器：下列情況之一的，為第二類(lèi)壓力容器；A 中壓容器；B 低壓容器（僅限毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)）；C 低壓反應(yīng)容器和低壓儲(chǔ)存容器（僅限易燃或毒性程度為中毒危害介質(zhì)）；D 低壓管殼式余熱鍋爐；E 低壓搪玻璃壓力容器；③ 第一類(lèi)壓力容器：除上述規(guī)定以外的低壓容器為第一類(lèi)壓力容器。②換熱壓力容器(代號(hào)E) 主要是用于完成介質(zhì)熱量交換的壓力容器。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(chēng)壓力等級(jí)上，如內(nèi)部介質(zhì)為中度毒性危害，選用的管法蘭的公稱(chēng)壓力應(yīng)不小于1．0MPa；內(nèi)部介質(zhì)為高度或極度毒性危害，選用的管法蘭的公稱(chēng)壓力應(yīng)不小于1．6MPa，且還應(yīng)盡量選用帶頸對(duì)焊法蘭等。由于壓力容器的特殊性，可以說(shuō)它對(duì)焊接質(zhì)量的要求是所有焊接設(shè)備中要求最高的一種。壓力容器可分解為筒體、封頭、支座、開(kāi)孔接管、密封裝置、安全附件等，而封頭的作用是提供所需的承壓空間，根據(jù)幾何形狀的不同，封頭可以分為球形、橢圓形、蝶形、球冠形、錐殼和平蓋等幾種，其中球形、橢圓形、蝶形和球冠形封頭又統(tǒng)稱(chēng)為凸形封頭。受壓元件中，圓柱形簡(jiǎn)體、球罐（或球形封頭)、橢圓形封頭、碟形封頭、球冠形封頭、錐形封頭和膨脹節(jié)所對(duì)應(yīng)的殼分別是圓柱殼、球殼、橢球殼、球冠+環(huán)殼、球冠、錐殼和環(huán)形板環(huán)殼，而平蓋（或平封頭）、環(huán)形板、法蘭、管板等受壓元件分別對(duì)應(yīng)于圓平板、環(huán)形板（外半徑與內(nèi)半徑之差大于10倍的板厚）、環(huán)（外半徑與內(nèi)半徑之差小于10倍的板厚）以及彈性基礎(chǔ)圓平板。氣態(tài)毒物，以空氣中該物質(zhì)的濃度表示。 易燃介質(zhì)對(duì)壓力容器的選材、設(shè)計(jì)、制造和管理等提出了較高的要求。如生產(chǎn)車(chē)間內(nèi)的臥式儲(chǔ)罐、球罐、塔器、反應(yīng)釜等。采用什么樣的封頭要根據(jù)工藝條件的要求、制造的難易程度和材料的消耗等情況來(lái)決定。它是部分球面與圓筒直接連接。對(duì)于泛函，比如，y是x的函數(shù)，而又是y的函數(shù)，泛函一般均為積分形式。而最常用的是以虛功原理為基礎(chǔ)的位移法。而電測(cè)法只能獲得構(gòu)件表面的應(yīng)力分布[1]。 無(wú)力矩理論的應(yīng)用 下面應(yīng)用無(wú)力矩理論，分析幾種工程中典型回轉(zhuǎn)薄殼的薄膜應(yīng)力，并討論無(wú)力矩理論的應(yīng)用條件。C 殼體的邊界處的約束可沿經(jīng)線(xiàn)的切線(xiàn)方向，不得限制邊界處的轉(zhuǎn)角與撓度。它是由于相鄰部分材料的約束或結(jié)構(gòu)自身約束所產(chǎn)生的應(yīng)力，有自限性，因此，它超過(guò)材料屈服強(qiáng)度時(shí)就產(chǎn)生局部屈服或較小的變形，連接邊緣處殼體不同的變形就可協(xié)調(diào)，從而得到一個(gè)較有利的應(yīng)力分布結(jié)果。本次實(shí)驗(yàn)所選的點(diǎn)如圖31所示。（2）經(jīng)向應(yīng)力恒為正值，即拉應(yīng)力，且最大值在x=0處，最小值在x=a處。 ——電阻效應(yīng)從物理學(xué)可知，長(zhǎng)度為，直徑為的金屬電阻絲，其電阻值為 （41）式中——金屬電阻絲的電阻率。2．敏感柵材料的彈性極限要高于被測(cè)構(gòu)件材料的彈性極限，以免在測(cè)試中因敏感柵先出現(xiàn)塑性變形而影響測(cè)試精度。再用引線(xiàn)引出兩頭。制成的應(yīng)變片如44所示。常用應(yīng)變片的標(biāo)稱(chēng)電阻值為120。對(duì)于用于特殊環(huán)境測(cè)試用的應(yīng)變片，例如中、高溫應(yīng)變片、低溫應(yīng)變片和水下應(yīng)變片等，還有其特殊的性能。3．粘貼應(yīng)變片粘貼應(yīng)變片的操作方法與使用的粘合劑有關(guān)，現(xiàn)介紹一般的粘貼方法，供作參考。圖46 應(yīng)變片的連接和導(dǎo)線(xiàn)的固定1應(yīng)變片； 2絕緣膠布； 3膠布； 4導(dǎo)線(xiàn)； 5屏蔽層(3)焊接導(dǎo)線(xiàn)時(shí)，要求將焊點(diǎn)焊透，不能虛焊，否則會(huì)使導(dǎo)線(xiàn)時(shí)通時(shí)斷，產(chǎn)生虛假信號(hào)，甚致使測(cè)量電路失去平衡。“應(yīng)變電測(cè)法”測(cè)定容器應(yīng)力的基本原理和掌握實(shí)驗(yàn)操作技能。0000。表44 橢圓形封頭的應(yīng)力記錄表點(diǎn)號(hào)應(yīng)力符號(hào)1MPa2MPa3MPa4MPa5MPA1(x=0)2(x=40)173(x=80)4(x=110)5(x=)6(x=150)7(x=158)8(x=)從橢圓形封頭的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出：1）標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的頂點(diǎn)應(yīng)力最大，經(jīng)向應(yīng)力與環(huán)向應(yīng)力是相等的拉應(yīng)力。圖52所示為一個(gè)三維實(shí)體的單元?jiǎng)澐謭D。對(duì)于自然邊界條件，一般在積分表達(dá)式中可自動(dòng)得到滿(mǎn)足。(2)面載荷(包括線(xiàn)載荷)——作用在表面的分布載荷(例如，結(jié)構(gòu)分析的壓力，熱分析的熱對(duì)流，電磁分析的麥克斯韋爾表面等)。(5)總體合成：在得出單元有限元方程之后，將區(qū)域中所有單元有限元方程按一定法則進(jìn)行累加，形成總體有限元方程。此方程組成為有限元求解方程，并表示成規(guī)范化的矩陣形式，接著用相應(yīng)的數(shù)值方法求解該方程，從而得到原問(wèn)題的解答。3）在直徑和內(nèi)壓相同的情況下，球殼內(nèi)的應(yīng)力僅是圓筒形殼體環(huán)向應(yīng)力的一半。（1）儀器及應(yīng)變片的預(yù)調(diào)平衡本實(shí)驗(yàn)采用的是YJ25型電阻應(yīng)變儀和P20R25型平衡箱使用方法：，接通電源，按下電源開(kāi)關(guān)。二．電阻應(yīng)變儀 電阻應(yīng)變儀的工作原理如圖48所示220V50Hz電橋盒被測(cè)信號(hào)信號(hào)發(fā)生器A/D轉(zhuǎn)換器放大器檢波解調(diào)穩(wěn)壓電源數(shù)碼顯示圖48 電阻應(yīng)變儀的工作原理圖 封頭內(nèi)壓應(yīng)力測(cè)定實(shí)驗(yàn)一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，封頭上的應(yīng)力分布。導(dǎo)線(xiàn)可用膠布固定在被測(cè)構(gòu)件上。（2）用鋼劃針在測(cè)點(diǎn)處細(xì)微的劃出測(cè)點(diǎn)準(zhǔn)確位置和測(cè)量應(yīng)變的方向的定位線(xiàn)。(八)疲勞壽命一般規(guī)定在測(cè)點(diǎn)有士1500交變應(yīng)變作用下，應(yīng)變片連續(xù)工作而不損壞的最高循環(huán)次數(shù)，作為應(yīng)變片的疲勞壽命。具體一批應(yīng)變片的電阻值在標(biāo)稱(chēng)電阻值左右變動(dòng)。 (三)膠基箔式電阻應(yīng)變片—，另一面涂以感光材料，再經(jīng)照相制版、光刻、腐蝕等工藝制成敏感柵。為了增加電阻的變化量和減小應(yīng)變片的長(zhǎng)度，通常用高電阻合金絲(或合金箔)制成柵狀作為應(yīng)變計(jì)敏感柵。對(duì)制作應(yīng)變片敏感柵的材料的要求是：1．靈敏系數(shù)要大，而且在較大的應(yīng)變范圍內(nèi)保持為常數(shù)。（10）隨著內(nèi)壓的成倍增加，橢圓形封頭和圓筒的應(yīng)力也成倍數(shù)增大。將數(shù)據(jù)代入上述相應(yīng)的公式，所得的結(jié)果如下表32所示。分析在內(nèi)壓力分別為1MPa、2MPa、3MPa、4MPa、5MPa的作用下，球形封頭上指定的各點(diǎn)的應(yīng)力大小？因?yàn)? 即該球形殼體歸為薄殼根據(jù)式25 直邊段上的點(diǎn)按薄壁圓筒計(jì)算，由式26 點(diǎn)的選取：由于球形封頭上各點(diǎn)的第一曲率半徑和第二曲率半徑相等，由式25知，各點(diǎn)的經(jīng)向和環(huán)向應(yīng)力相等，所以在選取特殊點(diǎn)時(shí)只需考慮貼片的方便。求得的薄膜應(yīng)力與相應(yīng)的載荷同時(shí)存在，這類(lèi)應(yīng)力稱(chēng)為一次應(yīng)力。因?yàn)樯鲜鲆蛩刂?，無(wú)論哪一個(gè)有突然變化，如按無(wú)理距理論計(jì)算,則在這些突然變化處，中面變形將是不連續(xù)的。容器mOm’區(qū)域上，外載荷軸向分量V，應(yīng)與mm’截面上的內(nèi)力軸向分量相平衡，所以 （22）此式稱(chēng)為殼體的區(qū)域平衡方程，通過(guò)式22可求的，代入式21可解出。 光彈性法的特點(diǎn)是直觀(guān)性強(qiáng)，可直接看到應(yīng)力集中的部位，從而能迅速求出應(yīng)力集中系數(shù)。以上這些過(guò)程就稱(chēng)為結(jié)構(gòu)的“離散化”處理。什么是泛函？泛函就是“函數(shù)的函數(shù)”。邊緣彎曲應(yīng)力與薄膜應(yīng)力疊加，使該部位的應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它部位，故受力狀況不佳。但是，如果對(duì)材料、制造、檢驗(yàn)等提出特殊要求，設(shè)計(jì)壓力高于100MPa的壓力容器也可歸人第一類(lèi)容器[1]。(3)按安裝方式分類(lèi)根據(jù)安裝方式可分為固定式壓力容器和移動(dòng)式壓力容器。易燃介質(zhì)包括易燃?xì)怏w、液體和固體。(1)毒性毒性是指某種化學(xué)毒物引起機(jī)體損傷的能力，用來(lái)表示毒物劑量與毒性反應(yīng)之間的關(guān)系。 本章在介紹壓力容器的總體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，結(jié)合介質(zhì)的危害程度、操作條件及容器在生產(chǎn)中的作用，較為全面地闡述壓力容器分類(lèi)方法，最后著重介紹凸形封頭常用的幾種形式，以及每種形式的結(jié)構(gòu)和優(yōu)缺點(diǎn)。如果和壁厚相等的筒體連接，邊緣附近的最大應(yīng)力與薄膜應(yīng)力并無(wú)明顯不同等優(yōu)點(diǎn)被廣泛用于壓力較高、直徑較大的高壓容器和特殊需要的場(chǎng)合；而橢圓形封頭經(jīng)線(xiàn)曲率變化平滑連續(xù)，故應(yīng)力分布比較均勻，而橢圓形封頭深度較半球形封頭小得多，易于沖壓成型，是目前中、低壓容器中應(yīng)用較多的封頭。 壓力容器分類(lèi)壓力容器的使用范圍廣、數(shù)量多、工作條件復(fù)雜，發(fā)生事故所造成的危害程度各不相同。研究表明，當(dāng)混合物中可燃?xì)怏w含量滿(mǎn)足完全燃燒條件時(shí)，則其燃燒反應(yīng)最為劇烈。③分離壓力容器(代號(hào)S) 主要是用于完成介質(zhì)流體壓力平衡緩沖和氣體凈化分離的壓力容器。例如因盛放的介質(zhì)特性或容器功能不同，即根據(jù)潛在的危害性大小，低壓容器可被劃分為第一類(lèi)或第二類(lèi)甚至第三類(lèi)壓力容器。橢圓形封頭經(jīng)線(xiàn)曲率變化平滑連續(xù)，故應(yīng)力分布比較均勻，而橢圓形封頭深度較半球形封頭小得多，易于沖壓成型，應(yīng)用：是目前中、低壓容器中應(yīng)用較多的封頭。要達(dá)到上述目的，必須采用一定的方法，尤其是要知道結(jié)構(gòu)在外載荷作用下的應(yīng)力分布情況，因此，選用合適的應(yīng)力分析方法進(jìn)行求解便是必不可少的。（2） 有限元法有限元法可以說(shuō)是對(duì)問(wèn)題的一種物理近似法，它與差分法不同的是，它不涉及原有的微分方程，而是從能量原理出發(fā)，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行離散化處理。 電測(cè)時(shí)，應(yīng)盡量消除產(chǎn)生各種測(cè)量誤差的因素。Nφ+dNφ+dσφ 圖21 微元體內(nèi)力平衡（3）區(qū)域平衡方程微元平衡方程式(2