【正文】 制作費(fèi)： S3＝2＋6=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=⑤人孔的制作費(fèi)回轉(zhuǎn)蓋平漢法蘭人孔的制作費(fèi)：S5＝⑥容器設(shè)備的總制作費(fèi)SA ＝S1＋S2＋S3＋S4＋S5＝＋＋＋＋＝（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＝。（3）水壓試驗(yàn)費(fèi)用查手冊(cè)可知，當(dāng)容器體積V＜5 m3，設(shè)計(jì)壓力P＜ Mpa時(shí)，水壓試驗(yàn)費(fèi)用： SC＝。（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＝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）＝9450元。從計(jì)算所得費(fèi)用和網(wǎng)絡(luò)查閱報(bào)價(jià)兩結(jié)果來看，數(shù)值相差不大，由于計(jì)算估計(jì)價(jià)格時(shí)，很多數(shù)據(jù)都是比較保守，大部分都用較大值計(jì)算，所以與實(shí)際報(bào)價(jià)存在一定的差距是很正常的情況，從而也證明了第二部分儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。4 液氨儲(chǔ)罐的應(yīng)力分析儲(chǔ)罐在石油化工行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用，而且近年來隨著制造工藝的提高其容積有逐漸增大的趨勢(shì)。隨著容積的增大，儲(chǔ)罐在設(shè)計(jì)和使用中的安全可靠性就變得極為重要。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，打開人孔進(jìn)行檢查，做理化檢驗(yàn)，無損檢測(cè)等等。但是隨著儲(chǔ)罐的使用，儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)、壁厚等參數(shù)都發(fā)生了變化，儲(chǔ)罐在這種變化下還能不能滿足工作的要求，這就需要我們對(duì)儲(chǔ)罐的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，做出判斷。現(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)。當(dāng)應(yīng)力值超出許用應(yīng)力時(shí)，儲(chǔ)罐就是危罐，應(yīng)該立即停止使用或者采取合適的方法來補(bǔ)救。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。它們可能是施加在整個(gè)容器上(如壓力)，也可能是施加在容器的局部部位(如支座反力)。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。由于容器的受力情況一般比較復(fù)雜，用傳統(tǒng)的計(jì)算方法很難解答，然而有限元法作為一種有效的應(yīng)力分析方法正是壓力容器應(yīng)力分析的有效方法。有限元法于1956年開始，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。到上個(gè)世紀(jì)70年代，廣泛使用，壓力容器界也開始使用有限元方法解決容器中的具體問題。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，解決了越來越多的工程問題。有限元法可以說是對(duì)問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。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)處按照一定的方式相互聯(lián)系，相互作用。與此同時(shí)，把用連續(xù)形式描述的邊界條件看作是只需要在邊界上若干個(gè)節(jié)點(diǎn)應(yīng)當(dāng)遵守的條件。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。實(shí)際上，這就是把無限自由度的連續(xù)體的力學(xué)計(jì)算變成在有限多個(gè)節(jié)點(diǎn)某些參數(shù)的計(jì)算。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)。近年來許多功能較強(qiáng)的有限元軟件的不斷涌現(xiàn)，前后處理功能的不斷改進(jìn)，可以輸入比以前更少的信息便可以自動(dòng)生成網(wǎng)格及載荷移置，像ANSYS, NASTRAN等軟件還有等效線性化后處理功能，并將結(jié)果整理出圖象輸出，極大地方便了設(shè)計(jì)者。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。用有限元法與數(shù)學(xué)規(guī)劃法相結(jié)合還進(jìn)行了不同載荷作用下的極限分析與安全性分析。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。有限元法的應(yīng)用與電子計(jì)算機(jī)緊密相關(guān)，由于該法采用矩陣形式表達(dá)，便于編制計(jì)算機(jī)程序，可以充分利用高速電子計(jì)算機(jī)所提供的方便。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。隨著機(jī)械產(chǎn)品日益向高速、高效、高精度和高度自動(dòng)化技術(shù)方向發(fā)展，有限元法在現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)的作用和地位也越來越顯著，它已經(jīng)成為現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的一種重要的且必不可少的工具。 ANSYS軟件簡(jiǎn)介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。經(jīng)過30多年的發(fā)展，ANSYS逐漸為全球工業(yè)界廣泛接受。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獨(dú)具特色的多物理場(chǎng)禍合分析技術(shù)和涵蓋優(yōu)化設(shè)計(jì)、隨機(jī)有限元分析等在內(nèi)的一體化的處理技術(shù)充分體現(xiàn)了CAE領(lǐng)域的最新發(fā)展成就。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軟件是第一個(gè)工S09001通過質(zhì)量認(rèn)證的大型分析設(shè)計(jì)類軟件，是美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)(ASME)，美國(guó)核安全局(NOA)及近20種專業(yè)技術(shù)協(xié)會(huì)認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)分析軟件。在國(guó)內(nèi)，ANSYS第一個(gè)通過了中國(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。 ANSYS軟件的三大處理模塊ANSYS軟件主要包括三個(gè)部分：前處理模塊，分析計(jì)算模塊和后處理模塊。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，也可將計(jì)算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。 ANSYS主要技術(shù)特點(diǎn)ANSYS作為一個(gè)功能強(qiáng)大，應(yīng)用廣泛的有限元分析軟件，其技術(shù)特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:①.數(shù)據(jù)統(tǒng)一。ANSYS使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫來存儲(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。②.強(qiáng)大的建模能力。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。③.強(qiáng)大的求解功能。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。④.強(qiáng)大的非線性分析功能。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。⑤.智能網(wǎng)格劃分。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。⑥.良好的優(yōu)化功能。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。利用ANSYS的拓?fù)鋬?yōu)化功能，用戶可以對(duì)模型進(jìn)行外型優(yōu)化，尋求物體對(duì)材料的最佳利用。⑦.可實(shí)現(xiàn)多場(chǎng)藕合功能。ANSYS可以實(shí)現(xiàn)多物理場(chǎng)藕合分析，研究各物理場(chǎng)問的相互影響。⑧.提供與其他程序接口。ANSYS提供了與多數(shù)CAD軟件及有限元分析軟件的接口程序，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和交換。⑨.良好的用戶開發(fā)環(huán)境。ANSYS開放式的結(jié)構(gòu)使用戶可以利用APDL, UIDL和UPFS對(duì)其進(jìn)行一次開發(fā)。 儲(chǔ)罐人孔開孔接管區(qū)的應(yīng)力分析化工裝備為了完成工藝過程必須設(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)行開孔接管。開孔接管區(qū)的應(yīng)力狀況非常復(fù)雜，這時(shí)因?yàn)橐环矫骈_孔破壞了殼體材料的連續(xù)性，削弱了原有的承載面積，在開孔邊緣附近必然會(huì)造成應(yīng)力集中；另一方面接管的存在使開孔接管區(qū)成為總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)區(qū)，殼體與接管在內(nèi)壓作用下自由變形不一致，在變形協(xié)調(diào)過程中將產(chǎn)生邊緣應(yīng)力，同時(shí)接管和殼體是通過焊接連接在一起的，焊縫的結(jié)構(gòu)與尺寸如焊縫高度、過渡圓角等會(huì)形成結(jié)構(gòu)不連續(xù)，形成局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)應(yīng)力，JB47321995對(duì)焊縫過渡圓角做了較為詳細(xì)的規(guī)定。下面將對(duì)液氨儲(chǔ)罐的人孔開孔接管區(qū)為代表進(jìn)行應(yīng)力分析。由前一部分液氨儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可得出：（1）該儲(chǔ)罐的人孔開孔區(qū)的尺寸和參數(shù)如下：儲(chǔ)罐的筒體內(nèi)半徑Rci=600mm, 筒體厚度tc=10mm，筒體長(zhǎng)度Lc=2030mm，接管外半徑Rno=240mm，接管厚度tn=10mm，接管外半徑Rno=240mm， 接管壁厚10mm，接管內(nèi)伸長(zhǎng)度Lni=50mm，接管外伸長(zhǎng)度Ln=200mm，焊縫外側(cè)過渡圓角半徑rr1=30mm，焊縫內(nèi)側(cè)過渡圓角半徑rr2=15mm，儲(chǔ)罐內(nèi)部壓力Pi=。（2）開孔接管區(qū)的材料屬性：筒體材料16MnR鋼，人孔接管材料Q235—BF，泊松比μ=。（3）由上面的數(shù)據(jù)對(duì)儲(chǔ)罐的人孔開孔區(qū)進(jìn)行應(yīng)力分析，具體分析過程見下文詳解。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)稱性取開孔接管區(qū)的1/4建模。另外，為簡(jiǎn)化建模，本分析只考慮液氨儲(chǔ)罐上的最大接管，即人孔接管。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：壓力容器開孔接管區(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。再對(duì)各對(duì)稱面施加對(duì)稱約束，對(duì)內(nèi)表面施加內(nèi)壓力進(jìn)行求解。 GUI過程（1）環(huán)境設(shè)置初始化變量，輸入下表參數(shù)。參 數(shù)參數(shù)意義參 數(shù)參數(shù)意義Rci=600mm筒體內(nèi)半徑Hmin=sqrt(Rci**2Rni**2)接管最小內(nèi)伸長(zhǎng)長(zhǎng)度tc=10mm筒體厚度Lni=50mm接管內(nèi)伸長(zhǎng)度Rco=Rci+tc筒體外半徑Ln=200mm接管外伸長(zhǎng)度Lc=2030mm筒體長(zhǎng)度rr1=30mm焊縫外側(cè)過渡圓角半徑Rno=240mm接管外半徑rr2=15mm焊縫內(nèi)側(cè)過渡圓角半徑tn=10mm接管厚度Pi= MPa內(nèi)壓Rni=Rnotn接管內(nèi)半徑Pc=pi*Rci**2/(Rco**2Rci**2)筒體端部軸向平衡面載荷Pn=pi*Rni**2/(Rno**2Rni**2)接管端部縱向平衡面載荷（2）定義單元及材料① 定義單元類型：選擇Structural Solid選項(xiàng)中Brick 8node 45號(hào)單元。② 定義材料屬性：在彈性模量EX=2e5，泊松比PRXY=。（3）創(chuàng)建筒體與接管模型液氨儲(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)稱性取開孔接管區(qū)的1/4建模。 儲(chǔ)罐建模圖 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。（5）施加約束與載荷① 筒體端面施加端面平衡面載荷：執(zhí)行PressureOn Areas命令,選中筒體端部編號(hào)為3，9的兩個(gè)面，在對(duì)話框中的Value文本框中輸入Pc。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，On Areas命令，全選。在Z=Lc/2對(duì)稱面上施加對(duì)稱面約束：重復(fù)步驟2，設(shè)定Areas，By Location，Z coordinates，在Min，Max中輸入Lc/2，施加對(duì)稱約束。約束接管端面軸向位移：選中Areas，By Location，Y coordinates，在Min，Max中輸入Ln+Rci+Tc，On Areas命令，單擊Pick All按鈕，在新對(duì)話框中設(shè)定UY。對(duì)內(nèi)表面施加內(nèi)壓：重復(fù)步驟1，選中內(nèi)表面編號(hào)為6，7，15，17，19，23，29，42，47，50的所有面，在對(duì)話框中的Value文本框中輸入pi。執(zhí)行全選命令。執(zhí)行求解命令。 加載圖（6）結(jié)果后處理① 顯示應(yīng)力云圖, 查看計(jì)算結(jié)果。計(jì)算結(jié)果和應(yīng)力云圖如下圖： 分析結(jié)果圖 儲(chǔ)罐建模圖 結(jié)果與討論對(duì)該應(yīng)力云圖分析可以看出，應(yīng)力最大的地方出現(xiàn)在筒體最高位置與人孔接管焊接區(qū)域。距離焊接區(qū)域越遠(yuǎn)應(yīng)力值也相對(duì)較小，在接管的上下端面附近的應(yīng)力值最小， Mpa。開孔接管區(qū)的應(yīng)力狀況非常復(fù)雜，削弱了原有的承載面積，在開孔邊緣附近必然會(huì)造成應(yīng)力集中，接管區(qū)的受力有如下幾種：儲(chǔ)罐的接管區(qū)受到由液壓引起的徑向應(yīng)力和環(huán)向應(yīng)力，其中環(huán)向應(yīng)力是徑向應(yīng)力的兩倍；另一方面接管的存在使開孔接管區(qū)成為總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)區(qū)，殼體與接管在內(nèi)壓作用下自由變形不一致，在變形協(xié)調(diào)過程中將產(chǎn)生邊緣應(yīng)力；同時(shí)接管和殼體是通過焊接連接在一起的，焊縫的結(jié)構(gòu)與尺寸如焊縫高度、過渡圓角等會(huì)形成結(jié)構(gòu)