有限元法在压力容器及管道局部应力计算中的应用研究

摘要

局部应力计算是压力容器设计过程中经常遇到的问题。过大的局部应力可能会使结构局部超载而产生过大的变形，或在交变载荷作用下造成疲劳破坏，危及设备安全性，在设计中需予以考虑。腐蚀和焊接缺陷是压力管道产生较大局部应力的原因之一，过大的局部应力将造成管道穿孔泄漏或爆裂，危及管道的安全运营，在定期检测中需予以关注。
　　 论文全篇围绕局部应力的计算展开，研究采用应力分析设计法和有限元数值计算方法，有限元计算采用ANSYS软件进行。
　　 在压力容器结构设计方面，论文针对工程设计中常用但又缺少设计理论、局部应力计算方法或研究报道较少的结构(椭圆封头连接水平切向接管结构、椭圆封头上放置塔设备结构并用接管连接结构)，在详尽的应力分析之后，进行强度评定，对强度不能通过安全评定的结构再进行加强结构设计和加强效果研究，最终获得安全可靠的结构设计。此外，论文针对化工容器设计中常用的锥柱壳连接结构，基于应力分析结果提出一种新型加强结构(锥壳过度环加强结构)，旨在为锥柱壳连接结构的设计提供参考。
　　 在压力管道方面，论文以含腐蚀缺陷管道为研究对象，采用有限元法及优化设计思想对管道进行剩余强度评价和剩余寿命预测，为管道如何继续使用(更换、维修、继续服役)和检测周期的制定提供理论依据。同时，采用APDL(ANSYS Parametric DesignLanguage)编程语言开发适用于含缺陷管道剩余强度评价和剩余寿命预测的专用程序。程序计算结果与爆破试验结果相比具有较高的计算精度，可满足工程使用的要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1选题的背景和意义

1.1.1局部应力广泛存在

1.1.2局部应力危害极大

1.1.3局部应力计算意义重大

1.2局部应力计算方法概述

1.2.1局部应力计算方法

1.2.2各种计算方法的对比分析

1.2.3计算方法的选择

1.3研究的内容

1.3.1锥柱壳连接结构设计

1.3.2椭圆封头开孔连接接结构的局部应力计算

1.3.3含缺陷管化工道安全性分析及剩余寿命预测

1.4研究的方法

1.4.1数值计算

1.4.2分析设计

1.4.3优化设计

1.5论文特色及创新点

参考文献

第二章新型加强结构在锥柱壳连接区域的应用研究

2.1引言

2.2锥壳过度环加强结构

2.2.1加强形式

2.2.2结构参数

2.3应力分析和强度计算

2.3.1应力分析和强度计算方法

2.3.2计算结果和分析

2.4小结

参考文献

第三章椭圆封头-水平接管局部应力的有限元计算

3.1引言

3.2接管结构和设计参数

3.3应力计算与强度分析

3.3.1计算模型的建立

3.3.2计算结果

3.3.3强度分析

3.4加强效果研究

3.4.1加强结构设计

3.4.2加强效果分析

3.5小结

参考文献

第四章椭圆封头中央开孔接管结构的设计

4.1引言

4.2计算参数

4.3载荷处理

4.4.有限元计算

4.4.1计算模型的建立

4.4.2计算结果及分析

4.5强度评定

4.5.1强度评定线的确定

4.5.2校核线上应力的线性化处理

4.5.3强度评定

4.6加强效果研究

4.6.1加强结构设计

4.6.2加强效果研究

4.7小结

参考文献

第五章含腐蚀缺陷化工管道剩余强度计算及剩余寿命预测

5.1引言

5.2含缺陷管道常用评价技术

5.3剩余强度计算

5.3.1 B31G准则

5.3.2修正的B31G准则

5.3.3 API 579准则

5.3.4有限元法

5.4剩余寿命预测

5.4.1剩余寿命预测方法

5.4.2腐蚀速率的确定

5.4.3最小剩余壁厚的确定

5.5计算实例

5.5.1管线尺寸分析

5.5.2管线腐蚀形貌描述

5.5.3管线腐蚀缺陷参数的确定

5.5.4计算结果

5.6结果验证

5.7小结

参考文献

第六章含腐蚀缺陷化工管道剩余强度计算及剩余寿命预测系统的开发

6.1引言

6.2系统拟实现的功能

6.3系统开发

6.3.1基础技术

6.3.2关键技术

6.3.3系统内部结构

6.3.4系统操作

6.4小结

参考文献

结论与展望

结论

展望

附录

攻读硕士学位期间取得的科研成果

致谢

作者简介