序言

壓力容器管板是壓力容器重要部件，根據管板結構的特點，它直接影響著管箱的承壓能力。它的變形情況及應力分析對整個箱管結構的應力分析起著決定性的作用。然而J摺傭解析法對壓力容器管板所受的應力和應變情況分析，解析誤差太大。采用ANSYS有限元分析軟件建立壓力容器管板的有限元模型，加載求解進行應力場分析對算出壓力容器管板的最大應力泣變，利用ANSYS的有限元分析和計算機圖形學功能顯示三維應力等值面應移等值面，從而為壓力容器管板機構的優化分析提供了充分的理論依據。

1 基本分過程

1.1創建有限元模型

本文選用一種U型管式的壓力容器來建模，管板材料選用20MuMo鍛件。球形封頭材料16MnR，材料的彈性模量E=20E+05MPa.泊松比為03，密度為7.8t/m3，設計壓力P=31.4MPa，許用應力為196MPa。

在壓力容器的應力的分析中，壓力容器部件設計關心的是應力沿壁厚的分布規律及其大小，可采用沿壁厚方向的校核線代替校核面。另外由于壓力容器是軸對稱結構，所以可選其一半結構來建模。為了節省時間和存儲空間，而又不影響分析結果，根據其結構，略去一些細節。其中管孔對于管板強度的削弱，可以采用有效彈性模量E1和有效泊松比V1的概念將管板折算為同厚度的當量無孔圓平板，因此管板區域分為兩大部分，1區按等效圓板來處理，而2區按實際悄況處理。根據相關文獻得到E1=054F,V1=0360綜上所述，所得簡化后有限元分析模型如圖1所示:
 

圖1 有限元分析模型

1.2網格劃分

通常ANSYS的網格劃分有兩種方法，即自由劃分和映射劃分。自由劃分網格主要用于劃分邊界形狀不規則的區域，分析稍度不夠高，但要求劃分的區域滿足一定的拓補條件。奕淞」分網格主要適合與敖鋇臼形體，分析精度高。鑒于壓力容器管板的結構特點，本文同時采用了這兩種方法。在非邊界區域采用醉編寸網格劃分，在邊界區域及梢度要求不是很高的區域采用自由網格劃分。四邊形網格單元采用8節點的SOLID82.三邊形網格單元采用6節點的SOLID Triangle 6node2。SOLID82有相容的位移形枕適用于曲線邊界的建模。它們每個節點有三個自由度:沿結點坐標X.Y.Z方向的平動SOLID82有塑性、蠕變、應力強化、大變形和力立變的功能。在管板與封頭聯接出是立力比較集中，此處采用三邊形網格加密。共有1265個單元，3994個節點。

1.3約束條件和施加載荷

邊界條件施加與工程實際是否吻合直接影響到分衫潞果的正確性、合理性。由于壓力容器的應力分析是以線代替面，而且是取一半進行分析，所以在端面處施加X方向約束和管孔處施加Y方向約束。整個管程承受壓力，所以在線上施加面載荷P=31.4MP，如圖2所示:

                    
1.4 計算結果及分析

在這一步,ANSYS將對自動劃分的每一單元的節點進行討算，建立的方程很多，需要一定的時間，所得的結果很大。在結構分析完蒯舌，可進人通用后處理器和時間歷程后處理器中瀏覽分析結果。圖3和圖4分別為壓力容器管板的應力分布和位移分布圖。#p#分頁標題#e#

由節點應變分布圖顯示最大變形出現在球形封頭的最頂端，其值達到0.547~0.549。

次大值出現在管板的左端面處，也達到0.5mm左右。這與實際變形情況是相吻合的。事實上這也體現出管板的左端面的變形情斷夕寸整個箱管結構的應力分析起央起的作用，管板的厚度及管板的外半徑參數的選擇對結構的優化有著很重要的意義。由節點應力分布圖可知最大應力出現在管板與球形封頭聯接處.其等效應力最大值為144.16MPa,其他部位受力情況較均勻，這與實際情況是相吻合的。綜合上述分析，有限元模型的建立、分析結果是客觀的，較為真實地反映了壓力容器管板的受力情況。

2 小結

本文的意義在于:

2.1 用有限元分析法變連續結構為離散結構，取代了傳統的理論分析。通過ANSYS軟件可以比較情確地反映各點的受力情況，為壓力容器的結構優不創是供充分的理論數據。

2.2 雖然在面載荷的作用下產生的等效應力小于其材料的許用應力值（196MPa）,但管板與封頭聯接出應力集中，是個危險部位，封頭變形和管板左端面變形較大，故其有強度和剛度都不卜分充足的缺陷，有必要對壓力容器管板進行結構改進，以減輕重量、改善性能、節約成本。

2.3 動態演示出壓力容器管板變形的過程，并可借助于后處理器繪出相應的變化曲線，使設針者清楚地掌握其變不扮規律和變化特征。