基于ANSYS的法兰应力分析与评定

管道应力分析基础知识

管道应力分析基础知识 2009-04-09 13:55 1. 进行应力分析的目的是 1) 使管道应力在规范的许用范围内； 2) 使设备管口载荷符合制造商的要求或公认的标准； 3) 计算出作用在管道支吊架上的荷载； 4) 解决管道动力学问题； 5) 帮助配管优化设计。 2. 管道应力分析主要包括哪些内容？各种分析的目的是什么？ 答：管道应力分析分为静力分析和动力分析。 1) 静力分析包括： (l)压力荷载和持续荷载作用下的一次应力计算――防止塑性变形破坏； (2)管道热胀冷缩以及端点附加位移等位移荷载作用下的二次应力计算――防止疲劳破坏； (3)管道对设备作用力的计算――防止作用力太大，保证设备正常运行； (4)管道支吊架的受力计算――为支吊架设计提供依据； (5)管道上法兰的受力计算――防止法兰泄漏； (6)管系位移计算――防止管道碰撞和支吊点位移过大。 2) 动力分析包括： (l)管道自振频率分析――防止管道系统共振； (2)管道强迫振动响应分析――控制管道振动及应力； (3)往复压缩机气柱频率分析――防止气柱共振； (4)往复压缩机压力脉动分析――控制压力脉动值。 3. 管道应力分析的方法 管道应力分析的方法有：目测法、图表法、公式法、和计算机分析方法。选用什

么分析方法，应根据管道输送的介质、管道操作温度、操作压力、公称直径和所连接的设备类型等设计条件确定。 4. 对管系进行分析计算 1) 建立计算模型（编节点号），进行计算机应力分析时，管道轴测图上需要提供给计算机软件数据的部位和需要计算机软件输出数据的部位称作节点： (1)管道端点 (2)管道约束点、支撑点、给定位移点 (3)管道方向改变点、分支点 (4)管径、壁厚改变点 (5)存在条件变化点（温度、压力变化处） (6)定义边界条件（约束和附加位移） (7)管道材料改变处（包括刚度改变处，如刚性元件） (8)定义节点的荷载条件（保温材料重量、附加力、风载、雪载等） (9)需了解分析结果处(如跨距较长的跨中心点) (10) 动力分析需增设点 2) 初步计算（输入数据符合要求即可进行计算） (1) 利用计算机推荐工况（用CASWARII计算，集中荷载、均布荷载特别加入） (2) 弹簧可由程序自动选取 (3) 计算结果分析 (4) 查看一次应力、二次应力的核算结果 (5) 查看冷态、热态位移 (6) 查看机器设备受力 (7) 查看支吊架受力（垂直荷载、水平荷载） (8) 查看弹簧表

管道应力分析报告概述

管道应力分析概述 CAESARII软件介绍 CAESARII管道应力分析软件是由美国COADE公司研发的压力管道应力分析专业软件。它既可以分析计算静态分析，也可进行动态分析。CAESARII向用户提供完备的国际上的通用管道设计规范，使用方便快捷。交互式数据输入图形输出，使用户可直观查看模型（单线、线框，实体图）强大的3D计算结果图形分析功能，丰富的约束类型，对边界条件提供最广泛的支撑类型选择、膨胀节库和法兰库，并且允许用户扩展自己的库。钢结构建模，并提供多种钢结构数据库.结构模型可以同管道模型合并,统一分析膨胀节可通过标准库选取自动建模、冷紧单元/弯头，三通应力强度因子（SIF）的计算、交互式的列表编辑输入格式用户控制和选择的程序运行方式,用户可定义各种工况。 一、管道应力分析的原则 管道应力分析应保证管道在设计条件下具有足够的柔性，防止管道因热胀冷缩、管道支承或端点附加位移造成应力问题。 二、管道应力分析的主要内容 管道应力分析分为静力分析和动力分析。 静力分析包括： 1）压力荷载和持续荷载作用下的一次应力计算——防止塑性变形破坏； 2）管道热胀冷缩以及端点附加位移等位移荷载作用下的二次应力计算——防止疲劳破坏； 3）管道对设备作用力的计算——防止作用力太大，保证设备正常运行； 4）管道支吊架的受力计算——为支吊架设计提供依据； 5）管道上法兰的受力计算——防止法兰汇漏。 动力分析包括：

l）管道自振频率分析——防止管道系统共振； 2）管道强迫振动响应分析——控制管道振动及应力； 3）往复压缩机（泵）气（液）柱频率分析——防止气柱共振； 4）往复压缩机（泵）压力脉动分析——控制压力脉动值。 三、管道上可能承受的荷载 （1）重力荷载：包括管道自重、保温重、介质重和积雪重等； （2）压力荷载：压力载荷包括内压力和外压力； （3）位移荷载：位移载荷包括管道热胀冷缩位移、端点附加位移、支承沉降等； （4）风荷载； （5）地震荷载； （6）瞬变流冲击荷载：如安全阀启跳或阀门的快速启闭时的压力冲击： （7）两相流脉动荷载； （8）压力脉动荷载：如往复压缩机往复运动所产生的压力脉动； （9）机械振动荷载：如回转设备的振动。 四、管道应力分析的目的 1）为了使管道和管件内的应力不超过许用应力值； 2）为了使与管系相连的设备的管口荷载在制造商或国际规范（如 NEMA SM-23、API-610、API-6 17等）规定的许用范围内； 3）为了使与管系相连的设备管口的局部应力在 ASME Vlll的允许范围内； 4）为了计算管系中支架和约束的设计荷载；

27_塔筒法兰结构的强度分析_龙凯

塔筒法兰结构的强度分析 龙凯叶弘翔张健美 华北电力大学可再生能源学院北京 102206 摘要：采用hyperworks组件下的hypermesh软件，建立了单法兰有限元模型。分析了单法兰的应力分布。在此基础上，进行了结果统计，得到了在结构和受力方面的变化趋势关键词：塔架，有限元，法兰 0 引言 随着风力发电机组的大型化，风力发电机组塔筒法兰的设计问题日益突出。为了降低制造成本，提高法兰承载能力，减小制造难度，对于法兰的研究就显得尤为重要。孙鹏等[1]认为为了减小附加弯矩的不利作用，螺栓布置越接近钢管壁越好。王元清[2]等运用屈服线理论，得到由法兰厚度控制的弯矩承载力，并与有限元计算和试验结果进行比较，证明其具有合理性和良好的适用性，采用半T 型连接模型，考虑螺栓撬力影响，得到螺栓与法兰厚度等强的表达式，得到法兰连接节点在弯矩作用下的设计流程，为法兰连接节点设计提供有效途径。 本文建立了单法兰有限元模型，分析了单法兰在结构和载荷两方面的影响。在此基础上，提出单法兰设计流程图。 1 不同拉力下单法兰分析 为了考察不同大小拉力作用对法兰结构受力的影响，在原有预紧力作用下，对法兰顶部施加单点平均受力分别为0N、0.2kN、0.4 Kn-1.8 kN 、2kN，受力点为135个。分别对此进行应力分析，受力状况如表2-2所示，为了观察合力与应力之间的关系，通过表2-2的数据得到如图2-5和2-6所示的曲线。

2 不同预紧力下单法兰分析 由于为了考察不同预紧力作用下对于法兰受力和强度破坏的影响，分别对模型施加原有预紧力1倍，1.05倍，1.1倍，1.15倍，1.2倍的预紧力，统计规律如图2和图所示。 图3 不同预紧力下螺栓结构统计图 0N 1000N 2000N

8章应力分析·强度理论

材 料 力 学 ·170 · 第8章 应力分析·强度理论 8.1 概 述 前面几章中，分别讨论了轴向拉伸与压缩、扭转和弯曲等几种基本变形构件横截面上的应力，并根据相应的实验结果，建立了危险点处只有正应力或只有切应力时的强度条件 []max σσ≤或[]max ττ≤ 式中：max σ或max τ为构件工作时最大的应力，由相关的应力公式计算；[]σ或[]τ为材料的许 用应力，它是通过直接实验（如轴向拉伸或纯扭），测得材料相应的极限应力，再除以安全因数获得的，没有考虑材料失效的原因。这些强度条件的共同特点是：其一，危险截面的危险点只有正应力或只有切应力作用；其二，都是通过实验直接确定失效时的极限应力。 上述强度条件对于分析复杂情形下的强度问题是远远不够的。例如，仅仅根据横截面上的应力，不能分析为什么低碳钢试样拉伸至屈服时，表面会出现与轴线成45°角的滑移线；也不能分析铸铁圆试样扭转时，为什么沿45°螺旋面断开；根据横截面上的应力分析和相应的实验结果，不能直接建立既有正应力又有切应力存在时的强度条件。 实际工程中，构件受力可能非常复杂，从而使得受力构件内截面上一点处往往既有正应力，又有切应力。对于这些复杂的受力情况，一方面要研究通过构件内某点各个不同方位截面上的应力变化规律，从而确定该点处的最大正应力和最大切应力及其所在的截面方位；另一方面需要研究材料破坏的规律，找出材料破坏的共同因素，通过实验确定这一共同因素的极限值，从而建立相应的强度条件。 本章主要研究受力构件内一点的应力状态，应力与应变之间的关系（广义胡克定律）以及关于材料破坏规律的强度理论，从而为在各种应力状态下的强度计算提供必要的理论基础。 8.2 一点的应力状态·应力状态分类 受力构件内一点处不同截面上应力的集合，称为一点的应力状态。为了描述一点的应力状态，在一般情况下，总是围绕这点截取一个3对面互相垂直且边长充分小的正六面体，这一六面体称为单元体。当受力构件处于平衡状态时，从构件内截取的单元体也是平衡的，单元体的任何一个局部也必是平衡的。所以，当单元体3对面上的应力已知，就可以根据截面法求出通过该点的任一斜截面上的应力情况。因此，通过单元体及其3对互相垂直面上的应力，可以描述一点的应力状态。 为了确定一点的应力状态，需要先确定代表这一点的单元体的6个面上的应力。为此，在单元体的截取时，应尽量使其各面上应力容易求得。

生活中的材料力学实例分析

生活中的材料力学实例分析 一意义 材料力学主要研究杆件的应力、变形以及材料的宏观力学性能的学科。材料力学是固体力学的一个基础分支。它是研究结构构件和机械零件承载能力的基础学科。其基本任务是：将工程结构和机械中的简单构件简化为一维杆件，计算杆中的应力、变形并研究杆的稳定性，以保证结构能承受预定的载荷；选择适当的材料、截面形状和尺寸，以便设计出既安全又经济的结构构件和机械零件。 二对象 材料力学的研究通常包括两大部分：一部分是材料的力学性能(或称机械性能)的研究，材料的力学性能参量不仅可用于材料力学的计算，而且也是固体力学其他分支的计算中必不可少的依据；另一部分是对杆件进行力学分析。杆件按受力和变形可分为拉杆、压杆受弯曲(有时还应考虑剪切)的粱和受扭转的轴等几大类。杆中的内力有轴力、剪力、弯矩和扭矩。杆的变形可分为伸长、缩短、挠曲和扭转。在处理具体的杆件问题时，根据材料性质和变形情况的不同，可将问题分为线弹性问题、几何非线性问题、物理非线性问题三类。 材料力学不仅在复杂机械工程中有重要的作用，在生活中也很常见。比如随处可见的桥梁，桥是一种用来跨越障碍的大型构造物。确切的说是用来将交通路线 (如道路、铁路、水道等)或者

其他设施 (如管道、电缆等)跨越天然障碍 (如

河流、海峡、峡谷等)或人工障碍 (高速公路、铁路线)的构造物。桥的目的是允许人、车辆、火车或船舶穿过障碍。桥可以打横搭着谷河或者海峡两边，又或者起在地上升高，槛过下面的河或者路，让下面交通畅通无阻。 三分析

如果在安全的前提下，将原来的四个桥墩和三个拱形拉索变为三个桥墩和两个拱形拉索。不仅可以节约大量的材料，降低成本，而且有美观。 四总结 因此，材料力学是一门很有用的学科，能够处理各种各样复杂的问题。只要注意观察，生活中处处有材料力学的踪影。利用材料力学的知识对我们身边的事物进行分析并加以改进，对我们的生活和社会的发展能起到积极的促进作用。 （注：专业文档是经验性极强的领域，无法思考和涵盖全面，素材和资料部分来自网络，供参考。可复制、编制，期待你的好评与关注）

应力分析及疲劳分析报告

预处理塔应力分析及疲劳分析报告 编制： 校对： 审核： 全国压力容器标准化技术委员会 一九九八年九月

一、载荷分析 1.用户数据 根据XX设计院所提供的设计图，计算基础数据如下： 预处理塔容器的结构参数见附图1： 2.计算条件 (1) 强度计算条件： 材料在计算温度下的常数： 材料在常温(20℃)下的常数： 注[1]：设计应力强度及弹性模量按JB4732-95

(2) 疲劳计算条件： 载荷与时间的关系示意如下： 时间

二、结构分析 根据预处理塔的结构特点，应进行上封头、下封头及筒体开 孔三部分的应力分析，分别建立力学模型如下： 1．上封头部分： （1）力学模型 根据上封头的结构特点和载荷特性，采用了轴对称的力学模型。 图1：预处理塔上封头力学模型 （2）边界条件 预处理塔上封头边界条件的位置和方向如图1所示。 位移边界条件：

与筒体相连且在Y=0处： Y=0 力边界条件： 壳体内压P=0.85MPa。 中心接管处的边界等效压力P=8.877MPa。 (3) 单元选择 采用ANSYS 5.4有限元分析软件提供的轴对称8节点等参元（82）进行网格划分（如图1）。 2. 下封头部分： （1）力学模型 根据下封头的结构特点和载荷特性，采用了轴对称的力学模型。

图2：预处理塔下封头力学模型 （2）边界条件 预处理塔下封头边界条件的位置和方向如图2所示。 位移边界条件： 裙座根部：?Y=0 力边界条件： 壳体内压P=0.85MPa。 中心接管处的边界等效压力P=8.93MPa, 托架处(壳内物料重)的边界等效压力P=1.54MPa, 筒体直边端处的边界等效压力P=2.72MPa, (3) 单元选择 采用ANSYS 5.4有限元分析软件提供的轴对称8节点等参元（82）进行网格划分（如图2）。 3.筒体开孔部分： (1)力学模型 根据筒体的结构特性和载荷特性，力学模型关于XOZ平面近似对称（无开孔部分为应力均匀区），关于YOZ平面对称，只需计算结构的四分之一。 (2) 边界条件 柱壳开孔边界条件的位置和方向如图3所示。 位移边界条件：轴对称约束；Z=0时，?Z=0 力边界条件：壳体内压P=0.85MPa；筒体端的边界等效应力为：52.91MPa, 筒体端的边界等效应力为：3.94 (3) 单元选择

法兰有限元分析1

法兰有限元分析 1.下法兰计算 1.1 下法兰计算模型 下法兰卡紧方式是通过卡箍将产品法兰与加压端法兰卡紧。经过适当简化，建立如图1所示计算模型。 图1 下法兰计算模型简图 在产品法兰上端面施加全位移约束fix-all；在加压端法兰内表面施加压力F。 1.2 下法兰分析结果 在t 1100压力作用下，产品法兰，加压端法兰以及卡箍的应力分布情况分别如图2，图3，图4所示。 从下图可以看出产品法兰等效应力的最大值为MPa 423，位于Φ199通孔 6. 最薄弱处（如图上Max标示处）；最大主应力的最大值为MPa 456，位于Φ199 5. 通孔边的R100圆弧上（如图下左Max标示处）；最大剪应力为MPa 184，位于 8. Φ199通孔最薄弱处（如图下右Max标示处）。

图2 产品法兰应力分布图（MPa） 从图3上看，加压端法兰等效应力的最大值位于面上那6个黄点上，但那是由于接触引起的局部应力集中，不予考虑，实际等效应力最大值位置位于中心Φ50通孔上，最大值为MPa 452，同样位于 9. 4. 337，最大主应力的最大值为MPa Φ50通孔上（如图右Max标示处）。

图3 加压端法兰应力分布图（MPa ） 卡箍应力分布如图4所示。其等效应力的最大值位置如图左Max 标示处，最大值为MPa 4.278；最大主应力的最大值位置如图右Max 标示处，最大值为MPa 1.292。 图4 卡箍应力分布图 卡箍的变形用其位移量分布图来表示，卡箍Y 向与Z 向位移量分布如图5。由图看出卡箍在整个装配中向外位移了mm 901.2，自身向外拉伸了 mm mm mm 297.3)396.0(901.2=--。卡箍在整个装配中轴向位移了mm 048.3，卡 箍自身轴向拉伸了mm mm 651 .2)863.2(212.0=---。

Solidworks应力分析实例

基于Solidworks 软件的应力分析 Solidworks 中有限元分析插件CosMos/Works 分析零件的静力学性能，得出载荷分布情况，定性的分析极限载荷（这里指的是最大扭矩）下的应力，应变分布及其安全性能。 其分析流程如下： 1、建立一个简化的分析模型； 2、指定材料、元素和截面； 3、加约束和载荷； 4、设定网格； 5、执行分析； 6、结果显示； 7、生成研究报告。 分析对象 电机轴及啮合处的变速器输入轴，离合器花键轴及啮合处的离合器从动盘，电机轴和离合器花键轴之间的联接螺栓（M12x40，10.9级）。 材料 目前公司所用的变速器输入轴材料为20CrMnTi ，考虑其受力情况，材料不一致，其强度就会不一样，容易导致强度差的失效，因此根据目前情况，电机轴和离合器花键轴均选用20CrMnTi 。 20CrMnTi 用于制作渗碳零件，渗碳淬火后有良好的耐磨性和抗弯强度，有较高的低温冲击韧性，切削加工性能良好，承受高速、中载或重载以及冲击和摩擦的主要零件。 对于截面为15的样件，经过第一次淬火880℃，第二次淬火870℃，油冷；在经过回火200℃，水冷和空冷。得到的力学性能：抗拉强度MPa b 1080=σ，屈服强度MPa s 835=σ，伸长率（式样的标距等于5倍直径时的伸长率）%105=δ，断面收缩率%45=ψ，冲击韧度2/55cm J A kU =，硬度217HB 。

对于截面尺寸小于等于100的样件，经过调质处理，力学性能：抗拉强度 MPa b 615=σ，屈服强度MPa s 395=σ，伸长率%175=δ，断面收缩率%45=ψ， 冲击韧度2/47cm J A kU =。本分析还要使用到的参数：泊松比25.0=μ，抗剪模量G=7.938GPa ，弹性模量E=207GPa ，密度23/108.7m N ?=ρ。 螺栓联接受力分析 螺纹联接根据载荷性质不同，其失效形式也不同。受静载荷螺栓的失效形式多为螺纹部分的塑性变形或螺栓被拉断；受变向载荷螺栓的失效形式多为螺栓的疲劳断裂；对于受横向载荷的绞制孔用螺栓联接，其失效形式主要为螺栓杆被剪断，螺栓杆或连接孔接触面被挤压破坏。 对于10.9级M12的普通螺栓，屈服强度MPa s 900=σ，拧紧力矩T=120N.m 。 为了增强螺纹连接的刚性、防松能力及防止受载螺栓的滑动，装配时需要预紧。 其拧紧扳手力矩T 用于克服螺纹副的阻力矩T1及螺母与被连接件支撑面间的摩擦力矩T2，装配时可用力矩扳手法控制力矩。 公式： d * F *K =T2+T1=T 0 拧紧扳手力矩T=120N.m ，其中K 为拧紧力矩系数，0 F 为预紧力N ，d 为螺 纹公称直径12mm 。 摩擦表面状态 K 值 有润滑 无润滑 精加工表面 0.1 0.12 一般工表面 0.13-0.15 0.18-0.21 表面氧化 0.2 0.24 镀锌 0.18 0.22 粗加工表面 - 0.26-0.3

压力容器法兰设计分析

压力容器法兰设计分析 6-5-1 法兰设计概述 压力容器法兰分为窄面法兰和宽面法兰两大类型。 窄面法兰是指垫片接触面位于法兰螺栓孔包围的圆周范围内的法兰联接。 宽面法兰是指垫片接触面分布于法兰螺栓中心圆内外两侧的法兰联接。一般仅用于压力很低的场合。 窄面法兰分为内压和外压两种设计情况。外压法兰可按内压法兰进行设计，只是法兰操作力矩的计算略有不同。 窄面法兰按组成法兰的圆筒、法兰环及锥颈三部分的整体性程度分为三种型式。 1．活套法兰：指法兰未能有效地与容器或接管(即圆筒)连接成一整体的法兰。计算中认为圆筒不与法兰环共同承受法兰力矩的作用。法兰力矩完全由法兰环本身来承担。 2．整体法兰：指法兰环、颈部及圆筒三者能有效地连接成一整体结构的法兰，共同承受法兰力矩的作用。

3．任意式法兰：指整体性程度介于上述两者之间的法兰。其圆筒与法兰环虽未形成一整体结构，但能作为一个结构元件，共同承担法兰力矩的作用。 窄面法兰在计算上仅分两种方法，即活套法兰与整体法兰。任意法兰一般应按整体法兰设计，在一定条件下可简化为按活套法兰计算。 活套法兰的计算较为简单，法兰厚度可一次算出。 整体法兰的设计须以试算法进行。 法兰联接设计分为三部分：垫片设计、螺栓设计和法兰本体设计。 1．垫片设计：这是整体联接设计的基础，应根据设计条件和使用介质，选定适当的垫片种类、材质、并确定垫片的尺寸(内径、外径)，以此计算出在预紧和操作两种状态下的压紧力。 2．螺栓设计：在选用适当的螺栓材料的基础上，根据垫片所须的压紧力分别计算螺栓面积，并以大者作为计算面积。实际配置的螺栓面积应不小于该面积。

螺栓设计的关键是须确定一尽可能小的螺栓中心圆直径。具体作法是通过试选合适的螺栓规格和数量来进行。 3．法兰设计：对整体法兰是须通过试算进行的。即在假设法兰锥颈和法兰巧厚度的基础上计算祛兰力矩及各项法 兰应力。当应力与相应的许用应力相差较大时，均须调整法兰锥颈或法兰环的尺寸，然后重复计算过程，各项法兰应力小于相应的许用应力，并相接近方为合适。 宽面法兰的计算，不分型式，均按“简支粱”的模型计算。 6-5-2活套法兰与整体法兰的分析比较 平焊法兰按活套法兰的计算中，由于不考虑组成法兰的圆筒和锥颈部分的存在，认为整个法兰力矩是由法兰环本身所承受，因此通常以为法兰环设计厚度较厚。然而实际上，由计算对比表明：对于任意式法兰(平焊法兰)按整体法兰计算的法兰厚度有可能大于按活套法兰的计算厚度。这是因为对于圆筒较薄，焊缝尺寸较小的甲型平焊法兰，实际上存在于其锥颈(焊缝)两端的轴向应力即是很高的。按整体法兰计

法兰类零件-静应力分析 1-1

使用 SolidWorks Simulation 进行分析 模拟对象为 法兰类零件 1 模拟对象为 法兰类零件 日期: 2014年9月3日 设计员: Solidworks 算例名称: 静应力分析 1 分析类型: 静应力分析 Table of Contents 说明 .................................................... 1 假设 .................................................... 2 模型信息 ............................................... 2 算例属性 ............................................... 3 单位 . (3) 材料属性 ............................................... 4 载荷和夹具 ............................................ 5 接头定义 ............................................... 5 接触信息 ............................................... 6 网格信息 ............................................... 7 传感器细节 ............................................ 8 合力 .................................................... 8 横梁 .................................................... 9 算例结果 ............................................. 10 结论 .. (13) 说明 无数据

法兰泄漏的校核及评定

法兰泄漏的校核及评定 张志广东寰球广业工程有限公司510655 摘要：石油化工装置高温高压易燃易爆，管道法兰作为常用的连接件，同事也作为潜在的泄漏点，严重影响装置的安全运行，所以正确合理地评定法兰泄漏尤为重要。本文从理论上讲述工程上广泛使用的具有可行性的快速评定法兰是否存在泄漏的方法以及应对方法提出一些建议。 关键词：法兰、泄漏、计算、评定 法兰作为主要的管件连接件,用于管子与管子，管子与设备，管子与阀门等等之间的连接，其拆卸方便，便于检修，从而得到广泛应用。然而，法兰是通过垫片与螺栓的预紧力进行密封。垫片的类型，垫片安装的好坏，螺栓安装的是否有正确的预紧力，还有因管系走向而对法兰处造成的外部荷载（主要是轴向力及弯矩）等等因素对法兰的密封效果有相当的影响，故法兰泄漏作为一个潜在的泄露点，影响着装置的安全运行，特别是高温高压易燃易爆的工艺介质或深冷易燃介质如LNG ，更不允许泄漏。所以法兰泄露作为一个重要的考虑因素，在石化及LNG 接收站工程设计中应给予极度的重视。 防止法兰泄漏通常采用两种方法：一是通过适当地修改走向，增加柔性，使作用于法兰处的荷载（外部荷载即法兰处的力以及力矩）；二是提高法兰的压力等级（即法兰磅值），从而提高了Pr 值，使得法兰承载能力变大，使得法兰泄漏不发生。 对于防止法兰泄漏有一些经验的做法，例如一般认为法兰连接处的应力不大于70MPa 便可以接受。实际分析表明，该方法在管径不大时基本适用，当管径较大时可能并不偏于保守，因此需要更精确的校核方法。ASME NC-3658给出了三种校核方法，其中第三种方法较为简便，被广泛采用，但一般认为该方法具有相当的保守程度，此种方法与HG/T 20645-1998中提到的计算公式是一致的，具体计算公式如下： 32160004G G d r D M D F P P ππ++ ≥（公式1）式中r P ——法兰在计算下的额定允许值（即设计压力） ，MPa d P ——管道的设计压力，MPa

压力容器接管应力分析ansys命令流

! ***************环境设置************************ finish /clear /filn, E42 /title, FEA of connecting zone of nozzle to cylinder /units,si !采用国际单位制 ! ********* 参数设定********* Rci=1000 ! 筒体内半径 tc=30 ! 筒体厚度 Rco=Rci+tc ! 筒体外半径 Lc=4000 ! 筒体长度 Rno=530 ! 接管外半径 tn=15 ! 接管厚度 Rni=Rno-tn ! 接管内半径 Li=193 ! 接管内伸长度 Ln=500 ! 接管外伸长度 rr1=30 ! 焊缝外侧过渡圆角半径 rr2=15 ! 焊缝内侧过渡圆角半径 pi=1.2 ! 内压 pc=pi*Rci**2/(Rco**2-Rci**2) ! 筒体端部轴向平衡面载荷 !****************前处理*************************** /prep7 et,1,95 ! 定义单元类型 mp,ex,1,2e5 ! 定义材料的弹性模量 mp,nuxy,1,0.3 ! 定义材料的泊松比 !****************建立模型*************************** cylind,Rco,Rci,0,-Lc/2,90,270, ! 生成筒体 wpoff,0,0,-Lc/2 ! 将工作面沿-Z向移动Lc/2 wprot,0,90, ! 将工作面沿yz旋转90度 cylind,Rno,Rni,-Ln-Rci-tc,-Rci+Li,90,180, ! 生成接管 vovlap,all ! 体overlap布尔运算 vsel,s,,,7 ! 选择筒体 *afun,deg ! 设定角度函数中单位为角度 ang1=2*nint(asin(Rno/Rci)) ! 计算接管区切割角度 wprot,0,0,-90+ang1 ! 旋转坐标系 vsbw,all ! 切割筒体 afillt,21,12,rr1 ! 筒体与接管外表面圆角 afillt,23,35,rr2 ! 筒体内表面与接管外表面圆角 afillt,14,25,rr2 ! 生成下辅助过渡圆角 afillt,13,19,rr1 ! 生成上辅助过渡圆角 alls askin,91,64 ! 根据接管外过渡圆角在接管内外表面上的交线蒙面vsba,4,13 ! 切割外伸接管 askin,83,72 ! 根据接管内过渡圆角在接管内外表面上的交线蒙面

ANSYS基础教程——应力分析

ANSYS基础教程——应力分析 关键字：ANSYS 应力分析 ANSYS教程 信息化调查找茬投稿收藏评论好文推荐打印社区分享 应力分析是用来描述包括应力和应变在内的结果量分析的通用术语，也就是结构分析，应力分析包括如下几个类型:静态分析瞬态动力分析、模态分析谱分析、谐响应分析显示动力学，本文主要是以线性静态分析为例来描述分析，主要内容有：分析步骤、几何建模、网格划分。 应力分析概述 ·应力分析是用来描述包括应力和应变在内的结果量分析的通用术语，也就是结构分析。 ANSYS 的应力分析包括如下几个类型: ●静态分析 ●瞬态动力分析 ●模态分析 ●谱分析 ●谐响应分析 ●显示动力学 本文以一个线性静态分析为例来描述分析步骤,只要掌握了这个分析步骤，很快就会作其他分析。 A. 分析步骤 每个分析包含三个主要步骤:

·前处理 –创建或输入几何模型 –对几何模型划分网格 ·求解 –施加载荷 –求解 ·后处理 –结果评价 –检查结果的正确性 ·注意！ANSYS 的主菜单也是按照前处理、求解、后处理来组织的；

·前处理器(在ANSYS中称为PREP7)提供了对程序的主要输入； ·前处理的主要功能是生成有限元模型，主要包括节点、单元和材料属性等的定义。也可以使用前处理器PREP7 施加载荷。 ·通常先定义分析对象的几何模型。 ·典型方法是用实体模型模拟几何模型。 –以CAD-类型的数学描述定义结构的几何模型。 –可能是实体或表面，这取决于分析对象的模型。 B. 几何模型 ·典型的实体模型是由体、面、线和关键点组成的。 –体由面围成，用来描述实体物体。 –面由线围成，用来描述物体的表面或者块、壳等。 –线由关键点组成，用来描述物体的边。 –关键点是三维空间的位置，用来描述物体的顶点。

管道应力分析

管道应力分析 应力分析 1. 进行应力分析的目的是 1) 使管道应力在规范的许用范围内； 2) 使设备管口载荷符合制造商的要求或公认的标准； 3) 计算出作用在管道支吊架上的荷载； 4) 解决管道动力学问题； 5) 帮助配管优化设计。 2. 管道应力分析主要包括哪些内容？各种分析的目的是什么？ 答：管道应力分析分为静力分析和动力分析。 1) 静力分析包括： (l)压力荷载和持续荷载作用下的一次应力计算――防止塑性变形破坏； (2)管道热胀冷缩以及端点附加位移等位移荷载作用下的二次应力计算――防止疲劳破坏； (3)管道对设备作用力的计算――防止作用力太大，保证设备正常运行； (4)管道支吊架的受力计算――为支吊架设计提供依据； (5)管道上法兰的受力计算――防止法兰泄漏；

(6)管系位移计算――防止管道碰撞和支吊点位移过大。 2) 动力分析包括： (l)管道自振频率分析――防止管道系统共振； (2)管道强迫振动响应分析――控制管道振动及应力； (3)往复压缩机气柱频率分析――防止气柱共振； (4)往复压缩机压力脉动分析――控制压力脉动值。 3. 管道应力分析的方法 管道应力分析的方法有：目测法、图表法、公式法、和计算机分析方法。选用什么分析方法，应根据管道输送的介质、管道操作温度、操作压力、公称直径和所连接的设备类型等设计条件确定。 4. 对管系进行分析计算 1) 建立计算模型（编节点号），进行计算机应力分析时，管道轴测图上需要提供给计算机软件数据的部位和需要计算机软件输出数据的部位称作节点： (1) 管道端点 (2) 管道约束点、支撑点、给定位移点 (3) 管道方向改变点、分支点 (4) 管径、壁厚改变点 (5) 存在条件变化点（温度、压力变化处）

压力容器ansys有限元分析设计实例

ANSYS 应力分析报告 Stress Analysis Report # 学生姓名 学号 任课教师 导师

目录 一. 设计分析依据 (2) 设计参数 (2) 计算及评定条件 (2) 二. 结构壁厚计算 (3) 三. 结构有限元分析 (4) 有限元模型 (5) 单元选择 (5) 边界条件 (6) 四. 应力分析及评定 (7) 应力分析 (7) 应力强度校核 (8) 疲劳分析校核 (11) 五. 分析结论 (11) 附录1设计载荷作用下结构应力沿路径线性化结果 (A) (11) 附录2设计载荷作用下结构应力沿路径线性化结果 (B) (13) 附录3设计载荷作用下结构应力沿路径线性化结果 (C) (14) 附录4设计载荷作用下结构应力沿路径线性化结果 (D) (15) 附录5设计载荷作用下结构应力沿路径线性化结果 (E) (17) 附录6设计载荷作用下结构应力沿路径线性化结果 (F) (18) 附录7设计载荷作用下结构应力沿路径线性化结果 (G) (19) 附录8设计载荷作用下结构应力沿路径线性化结果 (H) (21)

一. 设计分析依据 （1）《压力容器安全技术监察规程》 （2）JB4732-1995《钢制压力容器——分析设计标准》（2005确认版） 设计参数 表1 设备基本设计参数 计算及评定条件 (1) 静强度计算条件 表2 设备载荷参数

注：在计算包括二次应力强度的组合应力强度时，应选用工作载荷进行计算，本报告中分别选用设计载荷进行进行计算，故采用设计载荷进行强度分析结果是偏安全的。 (2) 材料性能参数 材料性能参数见表3，其中弹性模量取自JB4732-95表G-5，泊松比根据JB4732-95的公式（5-1）计算得到，设计应力强度分别根据JB4732-95的表6-2和表6-6确定。 表3 材料性能参数性能 (3) 疲劳计算条件 此设备接管a 、c 上存在弯矩，接管载荷数据如表4所示。 表4 接管载荷数据表 二. 结构壁厚计算 按照静载荷条件，根据JB4732-95第七章（公式与图号均为标准中的编号）确定设备各元件壁厚，因介质密度较小，不考虑介质静压，同时忽略设备自重。 1.筒体厚度 因P c =<=×1×=，故选用JB4732-95公式（7-1）计算筒体厚度： 计算厚度： c m i c P KS D P -= 2δ=97 .28.134********.2-???= 设计厚度： 12C C d ++=δδ=++=

应力分析报告

C型PMWD扶正器轴应力分析报告 一、背景 C型扶正器轴频繁出现断裂或裂缝，裂缝或者断裂位置如图1所示： 图1 出现问题的扶正器轴 为了分析此问题的原因，对扶正器轴进行应力分析，看其应力分布情况。 二、有限元应力分析 断裂或出现裂缝的扶正器轴规格是：硬度为HRC37~42，端部壁厚为4mm，与10芯插

座连接处根部为直角，如图2所示： 图1 扶正器轴规格 用ANSYS 软件对扶正器轴进行应力分析，轴的模型为原始状态，即壁厚4mm, 根部为直角，加载荷为扭矩1500Nm，约束和载荷的位置如图2所示： 图2 扶正器轴载荷图 分析的结果如图3，4所示： 图3 加载端应力分布图

图4 约束端应力分布图 经过观察轴应力集中位置恰好处于与10芯插座连接处根部，为了消除应力集中，采取在应力集中处（即为根部倒圆角），分为轴向圆角和偏向圆角。 1.而轴向圆角又分为R1.5和R 2.5；分别对以上2种情况做有限元应力分析，结果如图5~8 所示： （1）轴向圆角R1.5，壁厚4.5mm 图5 加载端应力分布图

图6 约束端应力分布图（2）轴向圆角R2.5，厚4.5mm 图7 加载端应力分布图

图8 约束端应力分布图 对比上述2种情况的应力分布图观察，发现轴向圆角R2.5比R1.5所受应力明显偏小；所以我们采取选择圆角为R2.5的再进行分析，现在对位置进行分析，如果以根部直角为圆心，轴向中心线方向为x轴，偏向圆角圆心位置又分为三种，分别为（0.5,0.5）、（-1,1）和（1,2）。见下图 2.三种偏向圆角分析结果如图9~14所示： （1）偏向圆角R2.5，厚4.5mm，圆心（0.5,1.5）

第三章构造研究中的应力分析基础

第三章 构造研究中的应力分析基础 一、应力 内力与面力、体力、外力、内力等概念不同，在固体力学中应用广泛。物体的变形是由内力直接引起的（外力仅是引起内力改变的原因），因而在固体力学中更关心物体内部各部分之间的内力的变化情况，因而引入“应力”这个概念。 为了研究物体内部某点的内力分布状态，通常设想过该点作一个微小面积的截面。设这一微小截面的面积为ΔF ，作用在该截面上的内力为ΔP ，则将 称为该点处该截面上的应力。由于内力是矢量，应力也是矢量。 由于ΔF 截面上的内力P 可以分解为垂直于截面的内力分量N 和平行于截面的内力分量T ，相应地，应力也可以分解为垂直于截面的应力（σ）和平行于截面的应力（τ） 垂直于截面的应力（σ）称为该截面上的正应力，平行于截面的应力（τ）称为该截面上的剪应力。 二、主应力、主方向和主平面 在物体内部的某点处总是可以找到这样一个包含该点的微小的正六面体（立方体），它的三对正交截面上没有剪应力而只有正应力作用，这种情况下的三对正应力称为该点的主应力，分别用σ1、σ2、σ3表示，并规定压应力为正，拉应力为负，在代数值上保持σ1＞σ2＞σ3。 主应力的方向称为该点的应力主方向，三对截面则称为该点的三个主平面。 一点的3个主应力决定了该点的应力状态，当3个主应力中有两个为零时称单轴应力状态；有1个为零时称双轴应力状态或平面应力状态；当3个主应力都不为零时称为三轴应力状态。 三、应力莫尔圆 应力莫尔圆是一种重要的图解方法，可以直观地表示一点的应力状态。 以横坐标代表正应力σ，纵坐标代表剪应力τ，根据σ1、σ2和σ3的大小作出的用以反映一点应力状态的一个圆就是应力莫尔圆。 1．单轴应力状态的二维应力莫尔圆 圆上任一点的坐标代表与主应力σ1呈θ夹角的截面上所受到的正应力和剪应力。（其中θ是过该点的半径与横坐标轴所呈夹角的一半）。 2．双轴应力状态的二维应力莫尔圆 与单轴应力状态类似，圆上任一点的坐标代表与主应力σ1呈θ夹角的截面上所受到的正应力和剪应力。（其中θ是过该点的半径与横坐标轴所呈夹角的一半）。 从单轴和双轴应力莫尔圆上可以看出： （1）剪应力互等定律：在两个相互垂直的截面上剪应力大小相等，方向相反； （2）正应力之和守恒：在两个相互垂直的截面上正应力之和不变，等于主应力之和； （3）在与最大主应力σ1呈45?和135?的截面上所受到的剪应力最大。 3．三轴应力状态的三维应力莫尔圆 三个分别包含σ1和σ2轴、σ2和σ3轴、σ1和σ3轴的3个二维应力莫尔圆共同组成的区域内的任一点的横坐标和纵坐标即代表了三维空间中某截面上的正应力和剪应力。 该图上也可以看出最大剪应力位于σ1和σ3构成的应力圆上，位于与σ1呈45?或135?夹角的截面上。 p dF dP F P F ==??→?0lim dF dT dF dN F F 0 0lim lim →?→?=＝和τσ

应力分析基础理论讲义

管道应力分析基础理论 管道应力分析主要包括三方面内容：正确建立模型、真实地描述边界条件、正确地分析计算结果。所谓建立模型就是将所分析管系的力学模型按一定形式离散化，简化为程序所要求的数学模型，模型的真实与否是做好应力分析的前提条件。应力分析的根本问题就是边界条件问题，而体现在工程问题上就是约束（支架）、管口等具体问题的模拟，真实地描述这些边界条件，才能得到正确的计算结果。要想能够熟练而正确地分析结果，首先会正确设计支吊架，有一定的相关理论知识如工程力学，流体力学，化工设备及机械等，另外需在一定时间内不断摸索，总结出规律性的问题。 第一章管道应力分析有关内容 1.1 管道应力分析的目的 进行管道应力分析的问题很多CAESARII解决的问题主要有： 1、使管道各处的应力水平在规范允许的范围内。 2、使与设备相连的管口载荷符合制造商或公认的标准（如 NEMASM23，API610 API617等标准）规定的受力条件。 3、使与管道相连的容器处局部应力保持在ASME第八部分许用应力范围内。 4、计算出各约束处所受的载荷。 5、确定各种工况下管道的位移。 6、解决管道动力学问题，如机械振动、水锤、地震、减压阀泄放等。

7、帮助配管设计人员对管系进行优化设计。 1.2 管道所受应力分类 1.2.1 基本应力定义 轴向应力（Axial stress）： 轴向应力是由作用于管道轴向力引起的平行管子轴线的正应力，：S L＝F AX/A m 其中 S L＝轴向应力MPa F AX＝横截面上的内力N A m＝管壁横截面积mm2=π（do2-di2)/4 管道设计压力引起的轴向应力为S L＝Pdo/4t 轴向力和设计压力在截面引起的应力是均布的，故此应力限制在许用应力[σ]t范围内。 弯曲应力（bending stress）： 由法向量垂直于管道轴线的力矩产生的轴向正应力。 S L=M b c/I 其中： M b=作用在管道截面上的弯矩N.m C－从管道截面中性轴到所在点的距离mm I－管道横截面的惯性矩mm4=π(d o4－d l4）/64 当C达到最大值时，弯曲应力最大 S max=M b R0/I= M b/Z

压力管道应力分析报告部分

压力管道应力分析部分 第一章任务与职责 1.管道柔性设计的任务 压力管道柔性设计的任务是使整个管道系统具有足够的柔性，用以防止由于管系的温度、自重、压和外载或因管道支架受限和管道端点的附加位移而发生下列情况； 1)因应力过大或金属疲劳而引起管道破坏； 2)管道接头处泄漏； 3)管道的推力或力矩过大，而使与管道连接的设备产生过大的应力或变形，影响设备正常运行； 4)管道的推力或力矩过大引起管道支架破坏； 2.压力管道柔性设计常用标准和规 1) GB 50316-2000《工业金属管道设计规》 2) SH/T 3041-2002《石油化工管道柔性设计规》 3) SH 3039-2003《石油化工非埋地管道抗震设计通则》 4) SH 3059-2001《石油化工管道设计器材选用通则》 5) SH 3073-95《石油化工企业管道支吊架设计规》 6) JB/T 8130.1-1999《恒力弹簧支吊架》 7) JB/T 8130.2-1999《可变弹簧支吊架》 8) GB/T 12777-1999《金属波纹管膨胀节通用技术条件》 9) HG/T 20645-1998《化工装置管道机械设计规定》 10)GB 150-1998《钢制压力容器》 3.专业职责 1) 应力分析(静力分析动力分析） 2) 对重要管线的壁厚进行计算 3) 对动设备管口受力进行校核计算 4) 特殊管架设计 4.工作程序 1) 工程规定 2) 管道的基本情况 3) 用固定点将复杂管系划分为简单管系，尽量利用自然补偿 4) 用目测法判断管道是否进行柔性设计 5) L型 U型管系可采用图表法进行应力分析 6) 立体管系可采用公式法进行应力分析 7) 宜采用计算机分析方法进行柔性设计的管道 8) 采用CAESAR II 进行应力分析 9) 调整设备布置和管道布置