常規的壓力容器設計是按規范(例如我國的GB 150《鋼制壓力容器》規范)設計。它實(shí)際上是以彈性失效為設計準則，因此計算與分析都是比較簡(jiǎn)單的，但也潛在著(zhù)一定程度的盲目性。
       隨著(zhù)生產(chǎn)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，容器的建造向大型化方向發(fā)展，按規范進(jìn)行壓力容器的設計的缺點(diǎn)和局限性越來(lái)越顯露出來(lái)。人們開(kāi)始研究并出現了按全面的應力分析進(jìn)行設計的方法，即“分析設計”法。分析設計是根據具體工況，進(jìn)行詳細的應力計算與分析。其理論基礎是板殼力學(xué)、彈性與塑性理論及有限元法。其優(yōu)點(diǎn)表現在：1)考慮了超出彈性范圍以后結構的塑性行為，放棄傳統的彈性失效準則。引入極限分析與安定分析概念，采用塑性失效設計準則。2)應用數值分析和實(shí)驗測試技術(shù)，對復雜結構的容器整體，包括任何不連續區域都可以做詳細的應力分析與計算。3)按不同性質(zhì)的應力分類(lèi)和失效形式給予不同的限制條件。但要實(shí)現設計上的安全可靠必須遵循相應的規范。目前，我國分析設計的容器規范是文獻。
      本文討論的內壓圓筒上開(kāi)有大的矩形孔，孔的軸向長(cháng)度/圓筒的軸向長(cháng)度大于0. 5，已不適宜應用GB 150《鋼制壓力容器》規范，而應按照文獻進(jìn)行強度CAE分析。
      按照壓力容器分析設計規范，對于受內壓的筒體及加強座結構，其應力類(lèi)型主要有：一次總體薄膜應力(代號P)，一次局部薄膜應力(代號Pl)，一次彎曲應力(代號Pb)，二次彎曲應力(代號Q)和峰值應力(代號F)。對于不同類(lèi)型的應力應給予不同的許用極限加以限制。為了從有限元分析結果中得到薄膜、彎曲和峰值等應力，一般采用點(diǎn)處理法和線(xiàn)處理法。
      采用點(diǎn)處理法對一個(gè)點(diǎn)的應力強度進(jìn)行評定是最簡(jiǎn)單的方法，相對而言也是不準確的方法，往往會(huì )掩蓋潛在的危險。而線(xiàn)處理法是較新的應力強度評定方法，它主要是利用沿壁厚的一條線(xiàn)的三維有限元應力值進(jìn)行擬合，依據“靜力等效”和“靜彎矩等效”的原理分離出均布應力和彎曲應力，進(jìn)而計算出各類(lèi)應力。
      壓力容器分析設計規范規定的材料設計許用應力。兩式中的最小值，幾是常溫下材料的最低屈服極限和最低抗拉強度。國標規定的安全系數為n，它們是在總結以往使用經(jīng)驗和參考國外同類(lèi)標準以后規定的。取上述最小值的意義，是既要按1.5保證處于彈性狀態(tài)，控制塑性失效，又需防止發(fā)生斷裂爆破。這不僅有利于提高設計許用應力，而且又不失安全性。
      綜上所述，文獻選取的安全系數值為：
      n=1.5，n1=2.6(在常溫下)，
      對于應力強度分析需要評定以下各種應力：
      1)總體一次薄膜應力S1得到少，
      2)局部一次薄膜應力S2由P得到少，
      3)一次加二次應力S3(由PL+Q得到)，
      4)峰值應力S4(由P+Q+F得到)。
      各種應力的限制條件不大于材料的許用應力S或其一定倍數。根據規范要求：總體一次薄膜應力Si，局部一次薄膜應力Sz，一次加二次應力S3<S5，峰值應力的許用極限由疲勞曲線(xiàn)得到的許用值進(jìn)行評定。壓力容器上加強座材料的a=225 Mpa，故Sr=225/1.5=150 Mpa。
      所分析的壓力容器所受的載荷具有軸對稱(chēng)性。對大開(kāi)孔中心所在的橫剖面，結構的應力狀態(tài)是對稱(chēng)的。另外，對大開(kāi)孔中心所在的縱剖面，結構的應力狀態(tài)也是對稱(chēng)的。因此，本分析計算取筒體結構的八分之一建立模型和劃分網(wǎng)格，具體模型見(jiàn)圖。

                                                                                專(zhuān)業(yè)從事機械產(chǎn)品設計│有限元分析│CAE分析│結構優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
                                                                                                                                                      杭州那泰科技有限公司
                                                                              本文出自杭州那泰科技有限公司wku3nrfg.cn，轉載請注明出處和相關(guān)鏈接！