基于ANSYS Workbench的压力容器长圆形视镜开孔补强应力分析
作者：晏彦忠(湖南化工计院有限公司，长沙)
摘要：对无法按GB/T150.3-2011进行设计计算的长轴与短轴之比为6的压力容器长圆形视镜开孔补强结构，采用ANSYS Workbench有限元分析软件，根据JB4732-1995的要求进行了应力分析与评定。
由于工艺需要和设备检修等原因，压力容器壳体上通常需要开设一定数量的孔以用来焊接接管或凸缘等。开孔削弱了壳体的强度，应进行开孔补强计算，开孔补强通常采用GB/T150.3-2011中的等面积补强法，但等面积补强法有很多限制条件，比如当在壳体上开椭圆形或长圆形孔时，孔的长轴与短轴之比应不大于2.0[1]。某台压力容器筒体上需要开设长轴与短轴之比为6的长圆形视镜孔，无法按GB/T150.3-2011进行设计计算，对于无法按GB/T150.3-2011设计计算的情况，GB/T150.1-2011给出了三种设计方法，分别是附录C以验证性爆破试验确定容器设计压力、附录D对比经验设计方法和附录E局部结构应力分析和评定。本文基于ANSYS Workbench对长轴与短轴之比为6的长圆形视镜开孔补强结构进行局部结构应力分析和评定。
1 结构描述
某台压力容器设计压力2.0MPa，设计温度250℃，容器内径500mm，筒体长度1500mm，筒体厚度32mm，筒体上有一个长轴为600mm，短轴为100mm的长圆形视镜，视镜结构见图1。
图1视镜结构
零件明细见表1。
表1零件明细
2 有限元应力分析
因凸缘开孔尺寸超出GB/T150.3-2011等面积补强法的范围，无法按常规设计方法进行计算，需按JB4732-1995的要求进行应力分析与评定。JB4732弹性应力分析法要求对应力进行分类，将总应力分解为总体薄膜应力Pm、一次局部薄膜应力PL、一次弯曲应力Pb、二次应力Q、峰值应力F[2]，应力评定时需要满足：Pm≤Sm、PL≤1.5Sm、PL +Pb≤1.5Sm、PL+Pb+Q≤3Sm, Sm为设计温度下材料的许用应力,对于需要进行疲劳分析的设备，还需满足PL+Pb+Q+F≤Sa, Sa为根据疲劳曲线得到的许用应力。
由于有限元分析软件无法区分弯曲应力是一次应力还是二次应力，因此弹性应力分析法无法对PL +Pb≤1.5Sm这一限制条件进行评定[3]。极限载荷分析法可用于替代弹性应力分析法中一次应力的评定，当满足极限载荷分析的要求时，可以不进行一次应力的评定，一次应力的限制条件(Pm≤Sm、PL≤1.5Sm、PL +Pb≤1.5Sm)自动满足[4]。所以本文将进行弹性应力分析和极限载荷分析。
3 弹性应力分析
3.1 模型建立
考虑到结构与载荷的对称性，为了减少计算量，取1/8结构进行分析，模型的建立在Proe中完成，同时为了划分全六面体网格，在Proe中对模型进行分块。
3.2 材料设置
设计温度250℃时，S30408材料的弹性模型Et =179000MPa,对于法兰有微量永久变形就引起泄露的场合，取设计温度下的许用应力Sm=90 MPa,屈服强度Sy =135MPa。
3.3 网格划分
为了提高计算精度，将网格划分为全六面体网格，网格单元尺寸10mm,单元数14436，节点数69161，网格平均质量0.91，有限元网格模型见图2。
图2 有限元网格模型
3.4 边界条件
位移边界条件：在所有对称面上施加无摩擦支撑(Frictionless Support)。
载荷边界条件：
1) 所有承压表面施加设计压力2.0MPa。
2) 筒体端部施加等效轴向拉力7.34MPa。
3) 垫片长轴600mm,内侧短轴108mm，外侧短轴122mm环面上施加垫片压紧力11.33MPa。
4) 螺栓长轴600mm,内侧短轴150mm，外侧短轴190mm等效环面上施加等效螺栓拉力8.15MPa。
垫片压紧力和螺栓拉力的计算按HG/T20582-2011中非圆形法兰的设计和计算[5]。位移与载荷边界条件见图3。
图3 位移与载荷边界条件
3.5 结果评定
弹性应力计算的应力强度云图见图4，从应力最大点附近做3条贯穿壁厚的应力线性化路径，应力线性化路径见图5,应力分类结果见表2，从表2可以看出，PL≤1.5Sm、PL+Pb+Q≤3Sm,满足JB4732应力评定的要求，应力评定合格。
图4应力强度云图
图5 应力线性化路径
表2 应力分类结果
4 极限载荷分析
4.1 材料本构模型
极限载荷分析采用理想弹塑性材料模型，定义屈服强度为135MPa，切线模量为0，材料本构模型见图6。
图6材料本构模型
4.2确定极限载荷
将所有载荷等比例加载2.5倍，即所有承压表面施加设计压力5.0MPa，筒体端部施加等效轴向拉力18.35MPa，垫片作用环面上施加垫片压紧力28.33MPa，螺栓等效环面上施加等效螺栓拉力20.38MPa，进行极限载荷分析，将最大位移点的载荷—位移曲线在Origin软件中绘制出来，见图7，采用两倍弹性斜率法，得到极限载荷Pφ=4.42MPa。
图7最大位移点的载荷—位移曲线
4.3 结果评定
极限载荷Pφ大于设计压力2.0MPa的1.5倍，满足JB4732的要求，极限载荷分析合格。
5 总结
对于无法按照GB/T150.3进行设计计算的长轴与短轴之比为6的长圆形开孔结构，按JB4732的要求对局部结构进行了应力分析与评定。分析结果表明，由于大尺寸长圆形孔的影响，筒体的厚度比常规计算的厚度大很多时才能满足应力评定的要求，这对类似结构的设计计算具有一定的参考作用。
参考文献
[1] GB/T 150.1~4-2011，压力容器[S].
[2] JB4732-1995，钢制压力容器—分析设计标准[S].
[3] 郭崇志，陈文昕，纪昌盛.大型薄壁压力容器Shell51单元模型的应力线性化分析[J].化工机械，2005，32(5)：275-278.
[4] 王小敏.极限载荷法在压力容器应力分析中的注意事项[J].石油化工设计，2016，33(4)：1-5.
[5] HG/T25082-2011，钢制化工容器强度计算规定[S].
注：本文已发表于《化工设备与管道》Vol 57 No.2 Apr.2020
在前两篇文章中，我们分别探讨了云原生的核心组件（如容器化、微服务架构、持续交付和监控日志）以及前沿技术（如无服务器架构和边缘计算）。本文将继续深入云原生的复杂领域，聚焦服务网格（Service Mesh）和混沌工程（Chaos Engineering），并通过代码示例展示如何在实际项目中应用这些技术。服务网格：微服务通信的治理随着微服务架构的普及，服务之间的通信变得越来越复杂。服务网格（Servi
FacetGrid最多可以绘制三个维度-row，col和hue，前两个与所得的轴数组有明显的对应关系，可以将色相变量...
网格布局是由“行”和“列”分割的单元格所组成，通过指定“项目”所在的单元格做出各种各样的布局。网格布局具有较强的页面均分能力，子组件占比控制能力，是一种重要自适应布局，其使用场景有九宫格图片展示、日历、计算器等。ArkUI提供了Grid容器组件和子组件GridItem，用于构建网格布局。Grid用于设置网格布局相关参数，GridItem定义子组件相关特征。Grid组件支持使用条件渲染、循环渲染、懒
现代 Web 应用程序是响应式的。尽管很多 CSS 库和框架都支持 Grid 系统，但使用纯 CSS 网格也正在成为一种趋势。因此，如果你知道正确的使用工具，则可以更轻松地从头生成网格布局。因此，在本文中，我将介绍 5 个最好的 CSS 布局生成器，并进行功能比较，以帮助你直观地生成 CSS 网格。1、GriddyGriddy 是设计师和开发人员中最常用的 CSS 网格生成器之一。使用 Gridd
ANSYS Fluent Meshing 是一款高级流体仿真前处理工具，具备从几何到求解的完整工作流程。其前身是Tgrid非结构体网格生成工具，并在最近的几个版本新增了Fluent风格的操作界面与几何导入技术，目前已经成为ANSYS主推的流体前处理软件。 图1 ANSYS Fluent Meshing前处理工具 一、Fluent Meshing有哪些亮点作为高级的网格划分工具，如果没有几
通过使用Assimp，我们可以加载不同的模型到程序中，但是载入后它们都被储存为Assimp的数据结构。我们最终仍要将这些数据转换为OpenGL能够理解的格式，这样才能渲染这个物体。我们从上一节中学到，网格(Mesh)代表的是单个的可绘制实体，我们现在先来定义一个我们自己的网格类。首先我们来回顾一下我们目前学到的知识，想想一个网格最少需要什么数据。一个网格应该至少需要一系列的顶点，每个顶点包含一个位
visual_mesh9.0 划分网格记录`过程记录建模开始画网格鼠标中建的使用面网格网格合并体网格添加后续散热区域网格删除 过程记录主要是记录过程中一些稍微有点难度的地方，就没有细细写。建模各种软件都可以，最后整成.igs倒进来就可以了，如下图 这里注意一下，画图的时候一些小细节，因为对着教程做的，所以注意一下，如图，建模的时候把中心点放到中间，方便后续：开始画网格鼠标中建的使用教程中很多是点
原理算法伪代码如下：remesh(target_edge_length) low = 4/5 * target_edge_length high = 4/3 * target_edge_length for i = 0 to 10 do spilt_long_edges(high) collapse_short_edges(low, high) equalize
目录1. 部分论文成果图2. 软件工具推荐2.1. MsehLab2.2. Libigl2.3. Trimmesh2.4. OpenMesh/OpenFlipper2.5. TetGen2.6. CGAL2.7. VEGA FEM本文由 简悦 SimpRead 转码网格划分技术作为有限元仿真中的核心一环，历来是工程师们头疼且费时较多的一个环节，目前主流商用软件都提供通用的网格划分功能。作为软件用户
1. 异常检测 VS 监督学习0x1：异常检测算法和监督学习算法的对比总结来讲： 1. 在异常检测中，异常点是少之又少，大部分是正常样本，异常只是相对小概率事件2. 异常点的特征表现非常不集中，即异常种类非常多，千奇百怪。直白地说：正常的情况大同小异，而异常各不相同。这种情况用有限的正例样本（异常点）给有监督模型学习就很难从中学到有效的规律 0x2：常见的有监督学习检测算法这块主要依靠庞大的
网格划分非常重要，直接影响到后面计算结果的精确性问题。1. 网格划分介绍Meshing模块为一个独立的工作平台，为ANSYS不同的求解器提供对应的网格文件。网格划分种类CFD（流体）、FEA（结构）、WB网格划分特点网格划分以单个part为对象，不同的part可以匹配不同的网格尺寸，不同的part通过接触产生关联。WB网格划分的流程确定网格划分物理环境（默认FEA）设定网格划分方法网格参数控制（尺
ICEM（Integrated Computational Environment for Multiphysics）是一款流体动力学软件，具有强大的网格划分功能。本文将详细介绍如何使用ICEM进行网格划分，并提供相关的源代码。一、ICEM简介 ICEM是一款由ANSYS开发的计算机辅助工程（CAE）软件，广泛应用于各种工程领域。它提供了高效准确的网格划分工具，可用于建模、仿真和分析复杂的流体动力
CSS Grid 网格布局 一、概述1. 网格布局（Grid）是将网页划分成一个个网格，可以任意组合不同的网格，做出各种各样的布局2. Flex 布局是轴线布局，只能指定"项目"针对轴线的位置，可以看作是一维布局。3. Grid 布局则是将容器划分成"行"和"列"，产生单元格，然后指定"项目所在"的单元格，可以看作是二维布局。 二、基本概念2.1 容器和项目采用网格布局的区域，
python 实现网格聚类算法聚类算法很多，包括基于划分的聚类算法(如：kmeans)，基于层次的聚类算法(如：BIRCH)，基于密度的聚类算法(如：DBScan)，基于网格的聚类算法等等。基于划分和层次聚类方法都无法发现 非凸面形状 的簇，真正能有效发现任意形状簇的算法是基于密度的算法，但基于密度的算法一般时间复杂度较高，1996年到2000年间，研究数据挖掘的学者们提出了大量基于网格的聚类算法
概述Face Mesh是一个解决方案，可在移动设备上实时估计468个3D面部地标。它利用机器学习（ML）推断3D面部表面，只需要单个摄像头输入，无需专用深度传感器。利用轻量级模型架构以及整个管道中的GPU加速，该解决方案提供实时性能，对于实时体验至关重要。 此外，该解决方案还捆绑了Face Transform模块，弥合了面部地标估计和实用的实时增强现实（AR）应用之间的差距。它建立了一个度量的3D
前言：最近要使用百度地图实现楼盘可视化的功能，因此最基础的功能就是将地图网格化以后实现不同地域的楼盘划分；1，自行去百度地图的开放平台申请秘钥哈，这里我就把自己的秘钥贴出来了；ak=A3CklGvnFOjkAzKzay2dySgfdig0GKz42，新建一个简单页面，下面我把自己的页面贴出来<!DOCTYPE html><html><head> &l
自 50 年代后期以来，有限元法 (FEM) 已被用作解决工程问题的强大工具。当时的计算是手工进行的，该方法是基于力的，而不是我们今天使用的基于位移的方法。由于计算机工业的进步，已经开发出各种有限元商业软件。Ansys 可以被认为是全球使用最广泛的 FEM 软件之一，其产品范围广泛，例如：Fluent, Workbench等 Beginner Workbench 用户偶尔会面临选择正确的
一、主界面介绍建完模型之后，在Model这一栏右击鼠标进行编辑，进入网格划分的主页面。在项目树中可以通过右击鼠标来添加设置，里面的功能和菜单栏是重复的。 一些参数，具体啥含义会再后面介绍：二、网格划分方法 在Workbench中，网格划分方法：自动划分法（Automatic）：如果体是可扫掠的，则体将被扫掠划分网格，否则将按照四面体划分方法进行划分；四面体法（Tetrahedr
47 求解器为flunet5/6在设置边界条件时，specify boundary types下的types中有三项关于interior，interface，internal设置，在什么情况下设置相应的条件？它们之间的区别是什么？interior好像是把边界设置为内容默认的一部分；interface是两个不同区域的边界区，比如说离心泵的叶轮旋转区和叶轮出口的交界面；internal；请问以上三种每
介绍了Java中继承和多态
不懂 Python 也能做 AI？JBoltAI 让 Java 开发者玩转 AI 应用开发在AI技术重构行业规则的当下，“AI开发=Python专属”的固有认知，让国内数百万Java技术团队陷入两难。成熟的Java工程师转型Python，需跨越语言壁垒与技术思维的双重鸿沟，耗时耗力却未必见效；招聘专 ...
RMON学习笔记（一） 远程网络监视(KMON)是对SNMP最重要的增强，定义在RFCl271中。它定义的MIB补充为MIB—II,并且MIB—II向网络管理人员提供了有关互联网络的关键信息。 利用MIB-II，网络管理
一、逻辑回归的基本概念逻辑回归（Logistic Regression）是一种广泛应用于分类问题的统计学习方法，尽管名称中包含 "回归"，但它实际上是一种分类算法。逻辑回归主要用于解决二分类问题（是 / 否、正 / 负、0/1），通过计算事件发生的概率来进行分类判断。与线性回归不同，逻辑回归的输出值 ...
移动端布局的时候关于上下左右居中最好抛弃使用line-height、text-align、padding、margin等调节使用flex布局简单不易错，设为 Flex 布局以后，子元素的float、clear和vertical-align属性将失效。可以在总样式自定义一个flex，如下.x-flex-container {