ANSYS常用管口机械载荷加载方法研究

在化工操作过程中,设备承受压力、自重、风载荷、地震载荷及管道管口附加作用力等载荷,其中管口机械载荷对于设备强度的影响非常重要。特别是对一些大直径、高温、高压或带交变载荷的设备,往往需要进行分析设计。常用的传统设计方法有WRC107法、WRC297法,随着现代数值模拟技术和计算水平的提高,采用大型有限元软件ANSYS校核设备管口强度成为分析设计的重要手段。详细阐述了节点力方式、CERIG方式、RBE3方式、MPC184方式及接触方式这5种管口机械载荷加载方式,对各种方法进行比较得出了适合线性结构的计算方法。     

基于WRC297公报方法对接管外载荷作用下局部应力的计算和分析

WRC 297公报方法是压力容器设计中关于接管外载荷作用下局部应力计算常用的一种方法。分析了WRC 297公报在使用过程中的局限性,并通过具体的计算案例,分别对不同结构模式的接管在外载荷作用下的局部应力进行计算、分析和探讨。     

管口载荷对压力容器设计计算影响

压力容器设计计算过程中需考虑管口载荷影响，管口局部应力有多种计算方法，设计过程中应根据管口位置、补强形式、接管开孔率等选取。管口载荷计算还需考虑其引起的法兰密封面失效，可通过外载荷等效为计算压力方法对管口法兰及螺栓校核。当设备自重较小、管口载荷较大时，还应考虑管口载荷对设备支撑结构影响，可通过将管口载荷叠加到设备自重或折算成外部弯矩的方法进行计算。     

压力容器管口应力分析

本文以某压力容器为例,分别运用常规设计方法和有限元分析设计方法对开孔接管区上外载荷对容器管口应力分布的影响进行了分析。发现管线外载荷对管口应力影响明显,不可忽视;满足常规设计的管口在一般工作载荷下,由于安全系数足够大,强度仍能满足要求：对环境条件恶劣、波动较大的工作载荷下的管口,有限元分析设计是必要的。     

压力容器管口有限元分析有关问题探讨

讨论了压力容器有限元应力分析时与建模有关的几个问题。首先针对压力容器中管口与壳体连接的局部结构,总结了需要采用有限元应力分析的情况,并举例说明了建立几何模型的几个基本原则;然后通过有限元建模对比计算,说明了有限元模型中接管和圆筒长度以及管口法兰对孔边局部应力有着重要的影响,揭示了其作用规律,并结合应力云图分析了其原因,说明必要时可利用该影响作为开孔补强的辅助手段,提出了法兰的简化等效处理措施;最后阐述了为保证法兰的密封性能,接管长度不能小于一最小值。     

酸性气制硫酸装置空气预热器接口局部应力分析

工艺管道对空气预热器进、出管口施加较大的外载荷,容易产生应力集中,对设备产生破坏。因此需在设计空气预热器过程中对工艺气进、出口进行管口的局部应力分析计算,并限制其不超过一定的极限。采用有限元ANSYS软件通过建模、模型网格划分、约束和载荷施加、计算等步骤得到两管口最大应力分别为78.54 MPa和32.30 MPa,均位于短管与方变圆变径段的连接部位。判定所得数值均满足标准要求,两个管口在受内压和工艺外载荷同时作用的情况下是安全的,空气预热器工艺气进、出口在操作工况下能够承受工艺管道施加到管口上的机械外载荷。     

异形管板换热器应力分析与评定

通过有限元温度场分析及温度场与应力分析的耦合数值计算,实现了异形管板换热器温度载荷与压力载荷同时作用下的有限元应力计算。采用JB4732—1995《钢制压力容器———分析设计标准》的应力分类及强度评定方法对分析结果进行了评定,实现了在构建异形管板换热器真正实际结构有限元模型下的应力分析与评定。     

有限元方法在设备大开孔应力分析中的应用

以国内某大型乙烯装置的急冷塔为例,对塔顶蒸汽出口进行了有限元分析。工程应用表明,采用有限元分析软件能很好地解决设备大开孔问题,特别是当管口承受管线复杂外载荷情况下的应力计算。     

局部区域布管固定管板热交换器应力的有限元分析

基于有限元温度场分析及温度场与应力分析的耦合数值计算,实现了温度载荷与压力载荷同时作用下的局部区域布管固定管板热交换器整体有限元应力计算,对有限元应力计算结果进行了相应的应力分析。     

金刚石钻头有限元应力分析

采用有限元分析方法对金刚石钻头进行了应力分析，重点研究了有限元分析时的两大难点：一是有限单元的离散，二是外载荷的处理。给出了有限元计算模型和外载荷值，并对计算结果按ＶＯＮ．ＭＩＳＥＳ屈服准则进行了分析，找出了应力分布形式及最大应力值。所有理论分析方法和研究结果均可直接用于生产设计。     

外载荷作用下局部应力的有限元分析

介绍了计算在外载荷作用下接管与圆筒连接部位局部应力的常用方法,包括WRC107、WRC297及EN13445方法,当接管与圆筒壁厚较薄而无法满足上述方法的要求时,利用有限元法能够考虑加强元件的加强作用而获得良好的解决。     

合成塔的应力分析及评定

从压力容器分析设计的角度阐述了聚氨酯合成塔应力分析的过程及评定原则,分析了有限元模型的构建及各种载荷施加中存在的问题,利用ANSYS软件计算了各工况下的应力强度并进行了强度校核,为塔器的分析设计提供了可供工程应用的参考设计方法.     

塔设备局部结构弯曲应力的评定

本文对塔设备局部结构在设计工况及管道载荷作用下的复合应力状态应用有限元软件ANSYS进行应力分析,对内压和外载荷分别计算,经分析比较,最终确定该弯曲应力为一次弯曲应力,为进一步对该结构进行安全评定提供依据。     

极限载荷分析法在压力容器分析设计中的应用

压力容器分析设计一般采用弹性应力分析和应力分类的方法进行评定.随着计算技术的快速发展,比弹性应力分析法更贴近工程实际的极限载荷分析法的应用也已经得以实现.从极限载荷分析法相关的规范、力学原理及软件应用等方面探讨该方法在压力容器分析设计中的应用和注意事项.     

大型NEN型立式换热器计算要点分析

目前大型NEN型立式换热器广泛应用于各生产装置，文章结合此类换热器计算方面的发展情况，阐述了几个计算要点：首先计算载荷问题，应考虑重力、压降等换热器标准中易忽略的载荷；其次总结了几种处理此类设备的Ansys有限元模型，包括实体模型、多点约束(MPC)法模型、管板简化为当量实心板等简化模型；最后论述了各种模型的应用场合。基于目前JB/T 4732标准中针对壳体与管板连接处分析评定保守的问题，除了考虑ASME中简化弹塑性方法和一次结构法外，建议采用塑性极限载荷法，分析时还可结合子模型结构以提高效率。最后以1台NEN型反应器为例，对计算结果进行了总结。     

圆筒形压力容器切向接管局部应力当量分析

对圆筒形压力容器切向接管的局部应力采用类比径向接管的分析，提出切向接管所受外载荷的当量计算公式。并在工程实际中得以运用。     

简体接管边缘应力区局部减薄处应力特征

参考《压力容器定期检验规则》第40条,采用有限元方法计算了筒体接管边缘应力区局部减薄处的应力分布,得到了局部减薄处凹坑的尺寸与位置对应力的影响趋势,讨论了应力集中系数随尺寸变化的规律,为筒体接管边缘应力区局部减薄处的强度评定提供了一定的计算依据。     

疲劳压力容器国产化的设计攻关

阐述了受交变载荷作用的压力容器的设计思路和分析方法。根据攻关难点的提出，对设计中应采用的标准规范、局部应力的计算方法、疲劳性能测试及疲劳设计曲线的绘制、螺栓的疲劳分析、疲劳设计的方法和步骤及疲劳分析设计时应考虑的问题等进行了较详细的介绍     

海洋平台设备管嘴受力校核方法

基于管道应力分析软件CAESAR Ⅱ介绍了海洋平台常见设备管口载荷的校核方法。根据静设备和转动设备这两类设备的特点并结合具体实例分析了设备管口载荷校核依据及规范要求、管口模拟方法,分析了各种方法的适用范围和可靠性。提出了降低管口载荷的措施,可为管道系统布置提供借鉴。     

一次结构法在球罐、塔、换热器等应力分析中的典型应用

压力容器强度分析涉及静强度、安定性和疲劳三种强度。强度分析通常应用有限元进行计算,由于有限元的计算结果无论薄膜应力或弯曲应力只能给出总的应力值,分不出其中与静强度相关连的一次应力成分和与安定性相关连的二次应力成分,无法进行相应的评定,解析法分析同样存在此问题。为从安全计,只能按一次应力处理,为此存在较大的保守性。一次结构法可以解决所分析的结构的静强度计算,在此基础上则可再应用有限元进行分析,可将除非线性部分外的应力全按二次应力处理,由此得到科学合理的的分析结果。文章首先阐述球罐分析设计中存在的问题,其次介绍一次结构法的应用,还介绍了一次结构法在换热器管板应力分析、法兰和封头设计及塔式容器中的应用情况。