【正文】 在對(duì)稱 面施加對(duì)稱約束：選中 X=0 處的對(duì)稱面，選中 Areas， By Location， X coordinates，在 Min， Max 中輸入 0，再執(zhí)行 On Areas 命令，全選。 1XYZ MAY 25 202015:37:14AREASTYPE NUM 1XYZ MAY 25 202012:47:15ELEMENTS 圖 儲(chǔ)罐建模圖 圖 網(wǎng)格劃分圖 （ 4）劃分單元 ① 分別對(duì)接管端部、外圓直角邊、內(nèi)接管邊、設(shè)定的剖分份數(shù)，然后組合連接相鄰面，劃分單元格后如圖，在下圖中可以看出筒體和接管都已經(jīng)被劃分網(wǎng)格，詳細(xì)的命令流將在論文后附命令流文件。 ② 定義材料屬性：在彈性模量 EX=2e5，泊松比 PRXY=。 GUI 過(guò)程 （ 1）環(huán)境設(shè)置初始化變 量，輸入下表參數(shù)。 選擇 SOLID45 單元對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行離散化，對(duì)稱面施加對(duì)稱約束，接管的端部約束軸向位移，筒體端面施加軸向平衡面載荷 Pc，并按如下公式計(jì)算： 222)2( iei ic DtD pDp ??? 解決問(wèn)題的思路 壓力容器開(kāi)孔接管區(qū)的應(yīng)力分析為三維實(shí)體模型，應(yīng)使用三維建模對(duì)其進(jìn)行應(yīng)力分析，應(yīng)先按要求的參數(shù)建立三維實(shí)體模型，再根據(jù)模型的各部分尺寸，設(shè)定適當(dāng)?shù)木W(wǎng)格參數(shù)，劃分出適當(dāng)?shù)木W(wǎng)格以便于求解的準(zhǔn)確性。 液氨儲(chǔ)罐的應(yīng)力分析 第 27 頁(yè) ( 共 56 頁(yè) ) 分析問(wèn)題 液氨儲(chǔ)罐在整體上具有前后和左右對(duì)稱性，由于僅考慮內(nèi)壓作用下的應(yīng)力狀況，為此有限元模型可利用結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性取開(kāi)孔接管區(qū)的 1/4建模。 （ 2）開(kāi)孔接管區(qū)的材料屬性： 筒體材料 16MnR 鋼， 人孔接管材料 Q235—BF，兩者的彈性模量都為 ，泊松比 μ=。下面將對(duì)液氨儲(chǔ)罐的人孔開(kāi)孔接管區(qū)為代表進(jìn)行應(yīng)力分析。 儲(chǔ)罐人孔開(kāi)孔接管區(qū)的應(yīng)力分析 人孔接管區(qū)應(yīng)力分析的必要性 化工裝備為了完成工藝過(guò)程必須設(shè)置接口，以便物料的流入和流出，同時(shí)為了便于檢測(cè)和檢修，需要設(shè)置壓力表、液位計(jì)、安全閥、人孔或手孔等，這使得壓力容器的必須進(jìn)行開(kāi)孔接管。 ⑨ .良好的用戶開(kāi)發(fā)環(huán)境。 ⑧ .提供與其他程序接口。 的 設(shè)計(jì) 第 26 頁(yè)（共 56 頁(yè)） ⑦ .可實(shí)現(xiàn)多場(chǎng)藕合功能。利用 ANSYS 的優(yōu)化設(shè)計(jì)功能，用戶可以確定最優(yōu)設(shè)計(jì)方案 。 ANSYS 具有智能網(wǎng)格劃分功能，根據(jù)模型的特點(diǎn)自動(dòng)生成有限元網(wǎng)格。 ANSYS 具有強(qiáng)大的非線性分析功能， 可 進(jìn)行 幾 何非線性、材料非線性及狀態(tài)非線性分析。 ANSYS 提供了數(shù)種求解器，用戶可以根據(jù)分析要求選擇合適的求解器。 ANSYS 具備三維建模能力， GUI(圖形界面 )就可建立各種復(fù)雜的幾何模型。 ANSYS 使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)存儲(chǔ)模型數(shù)據(jù)及求解結(jié)果，實(shí)現(xiàn)前后處理，分析求解及多場(chǎng)分析的數(shù)據(jù)統(tǒng)一。前處理模塊提供了一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型；分析計(jì)算模塊包括結(jié)構(gòu)分析、流體動(dòng)力學(xué)分析、電磁場(chǎng)分析、聲場(chǎng)分析、壓電分析以及多物理場(chǎng)的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力；后處理模塊可將計(jì)算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示等圖形方式顯示出來(lái)，也可將計(jì)算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。在國(guó)內(nèi)， ANSYS 第一個(gè)通過(guò)了中國(guó)壓力容器標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會(huì)認(rèn)證并在國(guó)務(wù)院十七個(gè)部委推廣使用。它能與多數(shù)軟件接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如 Pro/Engineer，NASTRAN， ALGOR， IDEAS， AutoCAD 等。 ANSYS 軟件應(yīng)用十機(jī)械、航空航大、能源、交通運(yùn)輸、土木建筑、水利、電子、地礦、 生物醫(yī)學(xué)、教學(xué)科研等眾多領(lǐng)域， ANSYS 是這些領(lǐng)域進(jìn)行國(guó)際國(guó)內(nèi)分析設(shè)計(jì)技術(shù)交流的主要分析平臺(tái)。 ANSYS 軟件簡(jiǎn)介 介紹 ANSYS 軟件 ANSYS 公司創(chuàng)建于 1970 年， ANSYS 軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電磁場(chǎng)、聲場(chǎng)和禍合場(chǎng)分析于一體的大型通用有限元分析軟件。因而，有限元法已被公認(rèn)為工程分析的 有效工具，受到普遍的重視。有限元法作為一種有效的應(yīng)力分析方法正在成為壓力容器應(yīng)力分析的方法。有限元法目前不僅用于彈塑性分析，還可以用于高溫蠕變分析、大變形與屈曲分析，斷裂分析等。 由于有限元法是采用有限個(gè)有限大小的單元節(jié)點(diǎn)處相連所組合成的離散體代替連續(xù)的彈性體，這就是使用有限元法具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，即可以適應(yīng)各種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、載荷及邊界條件，也可以計(jì)算由不同材料組合成的結(jié)構(gòu)。此外，還把結(jié)構(gòu)所受到的各種載荷按一定的方法化為等效的節(jié)點(diǎn)載荷。即把連續(xù)的彈性體設(shè)想為由許多有限個(gè)單元組成，這些單元的形狀簡(jiǎn)單，每個(gè)單元僅在節(jié)點(diǎn)處按照一定的 的 設(shè)計(jì) 第 24 頁(yè)（共 56 頁(yè)） 方式相互聯(lián)系，相互作用。不僅在固體力學(xué)領(lǐng)域，而且在其他連續(xù)領(lǐng)域中也發(fā)揮了重要作用，解決了越來(lái)越多的工程問(wèn)題。 有限元法概述 有限元法于 1956 年開(kāi)始，首先在飛機(jī)結(jié)構(gòu)計(jì)算中提出用離散的有限單元體 來(lái)代替連續(xù)體求解的基本思想和方法，但是由于計(jì)算機(jī)尚未迅速發(fā)展，有限元的使用和發(fā)展受到了很大的限制。因此，載荷在容器中所產(chǎn)生的應(yīng)力與分布以及對(duì)容器失效的影響也就各不相同。 容器的受力情況一般比較復(fù)雜，壓力容器所承受的載荷有多種類型，如機(jī)械載荷（ 包括壓力、重力、支座反力、風(fēng)載荷及地震載荷等 )、熱載荷等?，F(xiàn)在最常用的分析就是應(yīng)力分析，其目的就是求出結(jié)構(gòu)在承受載荷以后結(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，當(dāng)應(yīng)力值在許用范圍以內(nèi)時(shí)，結(jié)構(gòu)滿足要求，可以安全生產(chǎn)。 為 了確保儲(chǔ)罐在生產(chǎn)中的安全，工廠都會(huì)定期對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行檢修，其中包括外觀檢修，打開(kāi)人孔進(jìn)行檢查，做理化檢驗(yàn)，無(wú)損檢測(cè)等等。 液氨儲(chǔ)罐的應(yīng)力分析 第 23 頁(yè) ( 共 56 頁(yè) ) 4 液氨儲(chǔ)罐的應(yīng)力分析 液氨儲(chǔ)罐應(yīng)力分析的必要性 儲(chǔ)罐在石油化工行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用，而且近年來(lái)隨著制造工藝的提高其容積有逐漸增大的趨勢(shì)。 （ 4）其它外購(gòu)件費(fèi)用 （ 1）法蘭費(fèi)用： 平均每個(gè)約 100 元計(jì)算： 8100＝ 800 元 （ 2）安全閥費(fèi)用：平均每個(gè)約 200 元計(jì)算： 2200＝ 400 元 （ 3）壓力表費(fèi)用：平均每個(gè)約 45 元計(jì)算： 245＝ 90 元 （ 4）液位計(jì)費(fèi)用：平均每個(gè)約 150 元計(jì)算： 2150＝ 300 元 其它外購(gòu)件費(fèi)用： SD＝ 800＋ 400＋ 90＋ 300＝ 1590 元 （ 5）容器制作安裝的工程總費(fèi)用 由上述內(nèi)容可得，容器制作安裝的工程總費(fèi)用： S＝ SA＋ SB＋ SC＋ SD ＝ ＋ ＋ ＋ 1590 ＝ 元 的 設(shè)計(jì) 第 22 頁(yè)（共 56 頁(yè)） 經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià) 為了得到更準(zhǔn)確及時(shí)的容器價(jià)格，在中國(guó)化工網(wǎng)上查得，體積 V=5m3 時(shí)臥式儲(chǔ)罐的報(bào)價(jià)為： 7500 元 /t，照這樣計(jì)算，此臥式儲(chǔ)罐的價(jià)格大概為： S＝ 7500（ 860＋400） 310? ＝ 9450 元。 由容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，筒體和封頭的總質(zhì)量： m＝ m1＋ m2 =603＋ 2＝ 860 kg 故筒體和封頭的制作費(fèi)： S1＝ 860 310? = 元 ② 鞍座的制作費(fèi) 由于單個(gè)鞍座的質(zhì)量為 m3＝ 52kg ， 50kg＜ m3＜ 100 kg，鞍座的制作費(fèi)為 元 /t 故雙鞍座的制作費(fèi)： S2＝ 252 310? = 元 ③ 接管的制作費(fèi) 當(dāng)接管直徑 DN=25mm 時(shí)，接管的制作費(fèi)為 元 /個(gè) 當(dāng)接管直 徑 DN=80mm 時(shí)，接管的制作費(fèi)為 元 /個(gè) 故所有接管的制作費(fèi)： S3＝ 2＋ 6= 元 液氨儲(chǔ)罐的經(jīng)濟(jì)性分析 第 21 頁(yè) ( 共 56 頁(yè) ) ④ 地角螺栓的制作費(fèi) 4 個(gè) M20 地角螺栓的制作費(fèi)為： S4＝ 4= 元 ⑤ 人孔的制作費(fèi) 回轉(zhuǎn)蓋平漢法蘭人孔的制作費(fèi)： S5＝ 元 ⑥ 容器設(shè)備的總制作費(fèi) SA ＝ S1＋ S2＋ S3＋ S4＋ S5 ＝ ＋ ＋ ＋ ＋ ＝ 元 （ 2）容器設(shè)備的安裝費(fèi) 查手冊(cè)可知，當(dāng)容器采用雙橢圓形封頭，體積 V＜ 5 m3 時(shí)，低合金鋼制筒體和封頭的安裝費(fèi)為： SB＝ 元 /臺(tái)。其中容器設(shè)備的制作費(fèi)、容器設(shè)備的安裝費(fèi)用包括人工費(fèi)、材料費(fèi)、機(jī)械費(fèi)。 的 設(shè)計(jì) 第 20 頁(yè)（共 56 頁(yè)） 3 液氨儲(chǔ)罐的經(jīng)濟(jì)性分析 由前面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的尺寸數(shù)據(jù)和選材，結(jié)合相關(guān)的資料，我們要對(duì)液氨儲(chǔ)罐的制造和安裝的總成本價(jià)格進(jìn)行估計(jì)，再和儲(chǔ)罐的市場(chǎng)價(jià)格進(jìn)行比較，做出設(shè)計(jì)調(diào)整，進(jìn)行簡(jiǎn)單的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)。 ?????? 考慮鋼板負(fù)偏差，并經(jīng)圓整和與殼體的焊接質(zhì)量問(wèn)題，取補(bǔ)強(qiáng)圈的名義厚度等于筒體的名義厚度，即 39。 ○ 5 ．補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)面積 A4＝ A－ Ae＝ 2689－ ＝ mm2 (2)補(bǔ)強(qiáng)圈選用 查補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn) HG21506—92，選用補(bǔ)強(qiáng)圈 45010—D—16MnR JB/T4736，補(bǔ)強(qiáng)圈外徑 D＝ 760mm，補(bǔ)強(qiáng)圈內(nèi)徑 d＝ 484mm，因?yàn)?B=931 mm2＞ D＝ 760mm，在補(bǔ)強(qiáng)圈的有效補(bǔ)強(qiáng) 范圍之內(nèi)。 （ 4）有效補(bǔ)強(qiáng)面積 ○ 1 ．殼體多余金屬面積 A1＝ (B－ d)(δe－ δ) － 2(δnt－ C)[δe－ δ)(1－ fr) 臥式液氨儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第 19 頁(yè) ( 共 56 頁(yè) ) ＝ (931－ ) (－ ) － 2 ( )(1 ) ＝ 817 mm2 式中： δe 為筒體的計(jì)算厚度 ○ 2 ．接管多余金屬面積 A2 接管計(jì)算厚度 δt δt= ][2 ???? ???? ctn ic pdp?Mpa 接管多余金屬面積 A2 A2 ＝ 2h1(δet－ δt) fr +2h2(δet－ C2) fr ＝ 2(－ ) 十 0 = mm2 ○ 3 ．補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)的焊縫面積 補(bǔ)強(qiáng)圈與筒體，補(bǔ)強(qiáng)圈與接管的焊縫腰高均取 8mm。 內(nèi)側(cè)高度 h2： 接管實(shí)際內(nèi)伸高度為零，故取 h2＝ 0。 ○ 2 ．補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算方法判別 開(kāi)孔直徑 d＝ Di＋ 2 C， ＝（ 480－ 210）＋ 2＝ 本筒體開(kāi)孔直徑 d＝ ＜ Di/2＝ 600mm，滿足等面積法開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的使用條件，故可以用等面積法進(jìn)行開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 根據(jù) GBl50—89 規(guī)定，殼體名義厚度為 10mm 時(shí)，當(dāng)在設(shè)計(jì)壓力小于或等于 Mpa 的殼體上開(kāi)孔，兩相鄰開(kāi)孔中心間距（對(duì)曲面間距以弧長(zhǎng)計(jì)算）大于兩孔直徑之和的兩倍，且接管公稱外徑小于或等于 89mm 的接管可以不另行補(bǔ)強(qiáng)，故補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算需考慮人孔 和液氨進(jìn)口處的 開(kāi)孔接管 補(bǔ)強(qiáng)問(wèn)題，這里只給出 人孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。 法蘭標(biāo)記： HG20593 法蘭 PL25— （ 5）接管管口表 根據(jù)工藝，操作和檢修的要求，設(shè)備接管如下表所示： 臥式液氨儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第 17 頁(yè) ( 共 56 頁(yè) ) 符號(hào) 公稱尺寸 連接尺寸和標(biāo)準(zhǔn) 用途和名稱 A1～ 2 80 HG20593 法蘭 PL80— 液氨進(jìn)出口 b 450 人孔 CⅠ Pg16 Dg450 JB58079 入孔 C1～ 2 20 HG20593 法蘭 PL20— 液位計(jì)口 d 25 HG20598 法蘭 Th50— 排污口 e1～ 2 25 HG20593 法蘭 PL20— 安全閥及備用 f 20 HG20593 法蘭 PL20— 壓力表及備用 表 注：采用法定計(jì)量單位的標(biāo)準(zhǔn)（如： HG 等）公稱壓力用 PN 表示，單位采用 Mpa。選用螺紋管法蘭。由于接管較長(zhǎng)，要設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋加強(qiáng)。法蘭標(biāo)記： HG20593 法蘭 PL80— （ 2）液位計(jì)管口 設(shè)置兩個(gè)液位計(jì)管口， 兩 個(gè) 均 設(shè)在 左 邊封頭上，具體定位尺寸見(jiàn)液氨儲(chǔ)罐裝配圖。 接管位置示意圖見(jiàn)下圖 所示 圖 接管位置示意圖 （ 1）液氨 進(jìn)出口 需要設(shè)計(jì) 2 個(gè)液氨進(jìn)出口，液氨進(jìn)口設(shè)置在筒體的頂部，出口設(shè)在罐底，具體定位尺寸見(jiàn)液氨儲(chǔ)罐裝配圖。 人孔尺寸：公稱直徑 Dg=450mm，接管尺寸 dws＝ 480mm10mm。由于沒(méi)有設(shè)計(jì)手孔和檢查孔，需要經(jīng)常打開(kāi)人孔蓋進(jìn)行檢查，為了方便打開(kāi)人孔蓋，選用快開(kāi)式，并根據(jù)儲(chǔ)罐的公稱直徑和公稱壓力，查手冊(cè)，選擇回轉(zhuǎn)蓋平焊法蘭人孔，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為 JB58079， C 型密封面， Ⅰ 類材料。 人孔不應(yīng)該布置在鞍座處的截面和跨中間截面上，也不適宜在封頭上設(shè)置人孔