基于P方法的平板封头压力容器疲劳分析.pdf

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1、基于P方法的平板封头压力容器疲劳分析刘明张应迁四川理工学院自贡643000摘要：压力容器的疲劳分析是压力容器设计、分析的重要环节。本文基于有限元分析的P方法对平板封头压力容器进行疲劳分析。通过与传统方法的对比，得出P方法更精确的结论，为压力容器的疲劳评定提供更可靠的依据。关键词：压力容器；P方法；Ansys；疲劳分析；平板封头中图分类号：TH49文献标识码：A文章编号：1001—0785(2012)01—0029—03Abstract：Fatigueanalysisofpressurevesselisanimportantpartofthepressurevess

2、eldesignandanalysis．Thispa-per，basedonthePmethodoffiniteelementanalysis，performsafatigueanalysisonthepressurevesselwithfiathead．By,contrastwiththetraditionalmethod，Pmethodismoreaccurateandprovidesamorereliablebasisforfatigueassessmentof．pressurevessels．Keywords：pressurevessel；Pmethod；

3、Ansys；fatigueanalysis；flathead0引言1P方法简介众所周知，节点的应力值是否精确直接影严格讲P方法与自适应网格法同属于自适应响结构疲劳寿命的预测，特别是对于大型复杂网格范畴，但是二者的出发点截然不同。自适应结构的疲劳预测。与一般静力学分析方法相比网格法载荷以及约束均施加到几何体上，指定结较，疲劳分析对节点应力值的精确性要求更高，构能量误差以及最小、最大单元尺寸，通过不断对于结构分析具有足够精度，而一旦应用到结细化能量误差过大的单元，使结构每个单元均达构疲劳寿命的预测(如压力容器的疲劳预测)到误差要求，从而完成自适应网格方法的执行；误差却

4、很大，这就为有限元分析的网格划分以而P方法则是在已有网格的基础上，通过提高应及求解算法提出了高要求。可以采用局部细化力梯度过大处单元的形函数阶次达到结构分析的网格、子模型以及自适应网格等方法以精确获目的，一般单元形函数的阶次为2—8。图1反映取结构中某点的应力值，精度一般保持在结构了1／4带中心小孔的无限大板受均布载荷作用下不能量误差的5％左右，特别是自适应网格法，可同单元的形函数分布。以通过自动调整单元尺寸以适应结构应力梯度，使精度保持在结构能量误差的2％左右。疲劳分析主要考虑疲劳累积效应，当疲劳累积效应达到疲劳极限时，结构发生疲劳破坏。即使对于自适应网格的2％

5、左右的误差，都足以导致疲劳预测的失效。同时现代产品的设计越来越复杂，一般在保留结构重要特征的情况下，有限元网格的质量不是很高。因此，要提高求解精度只能从求解算法途径上加以考虑。图1形函数阶次分布图基金项目：过程控制与工程四川省高校重点实验室(项目编号：GK201006)《起重运输机械》2012(1)一29—P方法的分析步骤：1)激活P方法分析并选择支持P方法的单元；2)完成网格划分、施加载荷、约束等前处理；3)设定形函数阶次范围及容差；4)求解。2疲劳分析基本原理疲劳是指结构在低于静态极限强度载荷的重复作用下出现断裂破坏的现象。An'sys疲劳计算依据ASME《锅

6、炉和压力容器规范》给出了计算范围准则、简化的弹塑性效应和Miner累积疲劳效应，图2载荷及约束主要步骤：1)进入后处理Postl，恢复数据库；2)建立位置、事件和载荷的数目，定义材料疲劳性质，确定应力位置，定义应力集中系数；3)储存不同事件和不同载荷下所考虑位置的应力，并指定事件的重复次数和比例系数；4)激活疲劳计算；5)查看结果(查看模型的疲劳耗用系数)。Bd访3工程实例图3S—N曲线以1平板封头压力容器为例说明P方法在压力容器的疲劳耗用系数为0．81029。力容器疲劳分析中的应用。基本参数：筒体内径为了更合理地设计平板压力容器，特别是优D；=1000mm，筒体

7、厚度t=20mm，筒体长度化应力释放槽的半径，采用Ansys的APDL参数化h=400mm，平板封头厚度t。=400mm，平板封设计语言，建立平板压力容器的参数化模型并进头外侧过渡圆弧半径r=10mm，平板封头内侧应行疲劳分析，以期寻求最优应力释放槽半径。图4力释放槽圆弧半径r：=10mm_5j。材料属性及载荷反映了采用P方法与传统方法的疲劳耗用系数与事件见表1。应力释放槽半径的关系。表1材料属性及载荷事件O。弹性模量最高工水压试最高／最低压水压试旺0／MP泊松比作压力验压力a／MP力循环次数验次数。a／MPa02000000．322．882000o5O应力释放槽

8、半径rz／