摘要：压力容器在诸多行业中都有广泛应用，在其开口情况下，对其进行应力分析意义重大。本文就某压力容器的应力分析为实例，对常规方法以及有限元分析两种不同方法在应力分析中的应用进行了分析。
关键词：压力容器；管口应力；研究
1.引言
在各种生产行业中，压力容器具有十分广泛的应用，尤其是在海上油田与陆上终端中，是至关重要的生产设备。在油田的海上平台中，含油污水的处理系统、闭式排放系统、燃料气系统、化学药剂系统、开式排放系统等诸多系统中都有压力容器的存在。而在实际应用中，按照实际需求对压力容器进行开孔是必不可少的，为了保证压力容器的性能不会因为容器开口受到影响，对压力容器的管口应力进行研究是十分重要的。
2.分析压力容器管口应力的意义
在对压力容器进行开孔时，会使壳体材料连续性被破坏，使其承载面积大大减少，与此同时，压力容器管口的位置因为开口导致其应力分布十分复杂，在开孔边缘位置必然会出现应力集中的现象。在开孔的接管区域，因为有接管，所以成为结构不连续的区域，在压力容器内部压力的作用下，会造成接管和壳体发生程度不一的自由变形，而在进行变形协调的过程中，则会引起边缘应力。另一方面，因为壳体和接管的连接是通过焊接工艺实现的，在焊缝位置会有局部的不连续应力产生，这主要是因为过渡圆角和焊缝高度等焊缝结构尺寸的存在，使得壳体在局部会产生结构的不连续。如果在在筒体上有局部的高应力产生，就会使筒体承载能力大大降低，进而导致该部位成为整个生产设备发生故障的破坏源头。在实际生产过程中，为了保证压力容器运行过程中的安全性以及生产效率，对压力容器管口接管位置进行应力分析具有十分重大的意义。
3.计算压力容器管口的局部应力的方法
在压力容器的接管和受到内部压力的壳体的位置，在实际应用过程中，会因为容器壳体的尺寸和几何形状发生的突变，从而有较大不连续应力产生，由于其本身具有的复杂性，要对其进行求解十分复杂。在工程上，常用的对局部应力进行计算的方法主要有试验测试、应力集中系数法、数值解法以及经验公式等。
3.1应力集中系数求解法
3.2数值求解法
边界元法、变分发、差分法以及有限单元法是目前常用求解应力的数值计算方法，但综合来看，有限单元法是当前应用最为广泛的方法。在有限单元法中，对连续体进行分散，使其成为有限个单元构成的组合体，其中基本未知量是单元节点参量值，将单元节点数值作为单元中相应的参量进行插值，由此使其成为有限自由度的问题，之后在通过整体分析的方法将未知量求解出。目前常用的有限元软件有ANSYS、ABAQUS等。
3.3局部应力经验公式
5.ANSYS软件应用实例
ANSYS软件在石油化工、核工业、航空航天以及铁道等行业的研究工作中都有十分广泛的应用。作为一种大型的有限元分析软件，ANSYS软件实现了热、电磁、声学、流体、科学结构同汽车交通、电子、机械制造、国防军工这些一般工业之间的结合。ANSYS软件在压力容器相关行业中的应用十分深入，是对压力容器进行设计分析的主要标准。
5.1建立有限元模型
5.2施加载荷与边界条件
在对管道内部由于热膨胀以及外载荷而引起的应力问题进行求解时，首先需要明确的是这属于超静定问题，首先需要求解出这些位置上的约束反力，进行求解时，需要借助约束条件或者变形条件进行，然后再对管道中各个截面上的应力和内力进行求解。首先需要对管线的外载荷进行计算，管道的中心线通常是空间曲线，由于计算过程的复杂性，将管道中截面内力分为三个分力，彼此之间互相垂直。通过软件计算就可以得出管线外部应力的数值，进而算出压力容器管口出的应力值。在进行载荷施加时，要对接管内表面与筒体施加0.45MPa的面载荷。在筒体模型的对称面上要对位移约束进行设定。
结束语
通过对计算结果的分析，可知最大应力值在筒体内侧进行分布，并在管线上外载荷影响下，使其呈现出不对称的分布。在中低压力容器中，对其的安全系数通常都会设置较大的数值，由分析可知，开口区域强度足以满足安全标准，但是在实际应用中，仍然需要重视应力集中现象对于压力容器壳体的不良影响。另一方面，随着科学技术和相关行业的发展，为了满足实际的生产需求，对于受压零件而言，良好的结构设计愈加重要，在其设计过程中，应力分析的应用能够最大程度实现压力容器的功能需求和安全需求，尤其是ANSYS等软软件的应用，进一步提高了设计质量。
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论文作者:董军军
论文发表刊物:《基层建设》2018年第8期
论文发表时间:2018/5/25
标签：应力论文; 压力容器论文; 壳体论文; 载荷论文; 数值论文; 单元论文; 管口论文; 《基层建设》2018年第8期论文;