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借助有限元法研发安全性高且节省材料的压力容器

2019-03-29 133

客户价值:

采用有限元分析方法,对压力容器进行结构强度分析和优化,可达到重量轻、材料省、成本低、安全性能好的目标。对压力容器进行焊接过程仿真,可评估其焊接残余应力及残余变形,并以此为基础进行焊接工艺优化。有限元仿真分析可以在短时间内验证更多的设计方案,不仅可以缩短开发周期,还可以使设计方案有据可依,增强客户信赖。同时,研发数据的积累可以消除设计经验的过度依赖,有利于研发能力的建立和传承。

问题提出:

压力容器被广泛应用于能源、冶金和石油化工等领域,是一种重要的高压储存设备,因此压力容器的安全问题尤为关键。目前,压力容器强度计算有三种方法:解析法、实验法和有限元法。使用解析法进行压力容器强度校核需要设计人员具有扎实的理论基础,对标准有较深的理解,且根据压力容器标准和经验公式设计出的压力容器过于保守,产品经济性较差。实验法在其精度上具有无可比拟的优点,但其缺点也是非常突出,费用高昂,操作复杂,费时费力,一般在设计定型投入使用前采用该方法进行最后的强度验证,不适于设计过程。压力容器设计过程中最实用有效的方法是采用有限元法对设计方案进行仿真评估。

项目挑战:

压力容器结构复杂,所有连接过渡和焊缝区域均需进行圆角和倒角处理,如封头与接管连接位置的焊缝倒角。且压力容器安全性要求高,为提高计算精度,网格质量要求高,几乎要求所有部件采用精度较好的六面体单元,对于少数非常复杂的结构,其局部区域可采用三棱柱单元或四面体单元进行处理。因此其建模难度和工作量大。建模加载计算后得到压力容器包括位移、应力、主应力、等效应力等全部结果。最关键一点是如何对计算结果做进一步处理,如疲劳分析、应力线性化。如应力线性化要求对压力容器的危险部位做应力分类,然后对各类应力分别按照《压力容器标准JB4732》的规定进行强度校核。

 

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