锅炉应力强度分析和疲劳分析

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1、摘要本文对锅炉的结构以及载荷作用条件进行了分析与研究，并依据JB4732《钢制压力容器—分析设计标准》对锅炉各部分壁厚进行了初步的设计。在此基础上运用相关的力学理论，本文将锅炉合理地分割成四个部分，并利用ANSYS软件建立了锅炉各部分的力学模型。考虑到锅炉的空间结构特点，本文采用solid45单元和plane82单元分别对锅炉的各部分进行了应力强度分析和疲劳分析。本文还对所指定的锅炉危险截面进行了线处理，然后对锅炉各部分进行了应力计算和应力分类。综上所述，本文所分析的内容以及所得出的结论是合理的。关键词：锅炉；有限元

2、；应力分析；疲劳分析AbstractInthispaper,thestructureoftheboilerandtheloadconditionsareanalyzedandstudied,andthenaccordingtoJB4732"SteelPressureVessels-analysisofdesignstandards"thethicknessofallthepartsoftheboilerwallarepreliminarylydesigned.Basedontherelevantmechanicalt

3、heoriestheboilerisdividedintofourreasonablecomponentsinthispaperandthemechanicalmodelofallthepartsoftheboilerarefoundwiththehelpofANSYSsoftware.Takingintoaccountthespatialstructureoftheboiler,stressintensityandfatigueareanalyzedforallthepartsoftheboilerbymeanso

4、fsolid45andplane82inthispaper.Thespecifiedcriticalsectionsintheboilerarelinearlytreated,andthenthestressesforallthepartsoftheboilerarecalculatedandclassified.Asmentionedabovethecontentsoftheanalysisinthisarticleandtheconclusionsdrawnfromtheabovearereasonable.Ke

5、ywords:boiler;finiteelement;stressanalysis;fatigueanalysis目录第1章概述11.1引言11.2研究现状11.3研究意义11.4本文的主要工作2第2章压力容器简介32.1压力容器的组成32.2压力容器的分类32.3压力容器用钢的基本要求42.4压力容器的失效72.5压力容器的检测8第3章有限元理论及分析设计93.1有限元基本概念93.2有限元求解步骤103.3强度理论113.4应力分类123.5应力强度评定方法14第4章锅炉壁厚设计154.1锅炉结构简图及计算条件

6、154.2锅炉壁厚初设值164.3锅炉壁厚确定值17第5章锅炉的有限元分析185.1静载荷分析185.2应力分析模型185.3计算结果225.4应力强度评定25第6章锅炉的疲劳分析266.1交变载荷分析266.2疲劳判定及分析266.3疲劳强度评定26结论27参考文献28致谢29附录30第1章概述1.1引言压力容器是化工、石油、冶金、纺织、机械以及航空航天工业中广泛使用的承载设备。尽管各类压力容器设备功能各异、结构复杂程度不一，但从整体上看，均具有明显的特点，并可以方便地进行归类分析。为了解决压力容器使用过程中的安全

7、问题，世界各国均严格实行了规范化设计，而随着科技水平的不断提高，特别是ANSYS等有限元软件的出现，为推动CAE分析设计在该领域的普及做出了卓有成效的工作。而应用有限元分析结果进行评定，涉及到的力学知识和方法众多，本文主要针对结构线弹性分析中涉及到的强度评定问题和疲劳评定问题展开讨论，对强度理论、应力分类评定等问题进行论述。1.2研究现状目前，压力容器所采用的标准有两大类，一种是按规则进行设计（Desigenbyrule）通常称为“常规设计”；另一种是按分析设计（Designbyanalysis）通常称为“分析设计”

8、。传统的压力容器标准与规范，一般均属于常规设计，它是基于弹性失效准则，认为容器内某最大应力点一旦进入塑性，丧失了纯弹性状态即为失效。相应的标准有：我国GB150《钢制压力容器》，美国ASME《锅炉及受压容器》VIII-1，日本JISB8243《压力容器结构》等。这种“常规设计”方法对设计的容器基本上是安全的，随着技术的发展及核容器和大型化的高参