球形封头与椭球形封头应力测定及分析毕业论文

1.1压力容器的总体结构 1.1.1压力容器基本组成 1.1.2压力容器零部件间的焊接 1.2.2压力容器分类 2.1无力矩理论的基本方程 2.2无力矩理论的应用 3.1.对已知的球形封头进行应力计算及分析 3.1.1球形封头应力计算 3.1.2球形封头的应力分析 3.2.对已知的标准椭圆形封头进行应力计算及分析 3.2.1标准椭圆形封头的应力计算 3.2.2椭圆形封头的应力分析 4.1.3封头压应力测定实验 5.1ANSYS理论基础（有限元法）简介 5.1.1有限元法的基本思想 5.1.2有限元法的特点 5.1.3有限单元法解题过程简介 5.2.2加载并求解 5.3封头与筒体的应力分析 5.3.1球形封头与筒体的应力分析 5.3.2椭圆形封头与筒体的应力分析 5.4仅对封头进行应力分析 5.4.1球形封头的应力分析 5.4.2椭圆形封头的应力分析 6.1.1测量误差的概念 6.1.2测量误差分类 6.2.1球形封头的数据处理 6.2.2椭圆形封头的数据处理 1.球形封头与筒体的命令流分析过程 2.椭圆形封头与筒体命令流分析过程 3.球形封头的命令流分析过程 4.椭圆形封头的命令流分析过程 过程设备在生产技术领域中的应用十分广泛，是化工、炼油、轻工、交通、食品、液位计液位计管口人孔封头支座筒体①固定式压力容器有固定安装和使用地点，工艺条PV乘积大于等于J球形储罐（容积大于50m3K低温液体储存容器（容积大于5m3）；蒸气压力、介质危害性、几何容积或公称尺寸、程度，将承压设备分为工、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四类，并iii（ab）（cd）（a）半球形封头b）椭圆形封头c）蝶形封头d）球冠形封头第二章压力容器的应力分析EQ\*jc3\*hps29\o\al(\s\up9(∩),b)EQ\*jc3\*hps29\o\al(\s\up9(∩),d)21据回转薄壳无力矩理论，微元截面上仅产生经向和周向力N、N。因为轴对称，pmK1K1dφR1K2dσφooF2EQ\*jc3\*hps29\o\al(\s\up2(σ),θ)ddR1t上的分量a(c)K2φO1R2F2F1R2abm'R1K1K1oF1r图2-2部分容器静力分析0m/此式称为壳体的区域平衡方程，通过式2-2可求的σ,代入式2-1可解出m1代入y/和y//椭球壳体的尺寸2EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up12(b2),a)θ图2-4椭球壳中的应力随长轴与短轴之比的变化规律φptA壳体的厚度、中面曲率和载荷连续，没有突变，且构成壳体的材料的物理①不连续效应工程实际中的壳体结构，绝大部分都是由几种简单的壳体组合而②不连续分析的基本方法组合壳的不连续应力可以根据一般壳体理论计算，但wwww1EQ\*jc3\*hps24\o\al(\s\up17(2),M)M 10 1wQ①pM0pM0pM0ppM0分别表示p、Q和M在壳体连接处产生0M和位移、转角关系分别用无力矩和有力矩理论求得。以图2-5（c）和（d）所示左0第三章用解析法分析封头应力图3-1球形封头实验装置1i表3-1球形封头的应力值应力符号4MPa1φ9.90629.71939.62549.531θ9.90629.71939.62549.5312φ9.90629.71939.62549.531θ9.90629.71939.62549.5313φ9.90629.71939.62549.531θ9.90629.71939.62549.5314φ9.90629.71939.62549.531θ9.90629.71939.62549.5315φ9.90629.71939.62549.531θ9.90629.71939.62549.5316φ9.90629.71939.62549.531θ9.90629.71939.62549.5317φ9.90629.71939.62549.531θ9.90629.71939.62549.5318φ9.90629.71939.62549.531σ39.62559.438θi3.2.对已知的标准椭圆形封头进行应力计算及图3-2椭圆形封头实验装置iθ表3-2椭圆形封头的应力值12345678应力符号σ6.8800-11.874-19.2609.90639.62639.62638.66836.73435.64027.22831.67028.020022.704-23.748-38.52039.62659.41959.41958.00255.10153.46040.84247.50520.64042.0300-35.622-57.78029.71859.4134MPa79.25279.25277.33673.46871.28054.45663.34027.52056.040045.408-49.496-77.04039.62479.25299.06599.06596.6791.83589.10068.07079.17534.40070.050056.760-59.370-96.30049.65099.065θφθ为压应力；ab值越大，即封EQ\*jc3\*hps35\o\al(\s\up11(p),t)第四章用实验法进行应力分析llS（4-2）ππ4dlldl关值越大则dR/R也越大；测量时，易得较高的精度，因此K/值是反应应变片对应变敏1．灵敏系数K要大，而且在较大的应变围保持为常数。康铜丝在弹性状态和塑性S状态下，K值基本上是常数。S2．敏感栅材料的弹性极限要高于被测构件材料1—覆盖层；2—底层；3—引出线；4—敏感栅根据电阻合金材料的应变---电阻效应原理制成的应变传感元件称为电阻应变片或图4-3胶基短接式应变片图4-4胶基箔式电阻应变片，，图4-6应变片的连接和导线的固定1-应变片；2-绝缘胶布；3-胶布；4-导线；5-屏蔽层R——V的变化仅考虑工作片随容器受压时应变引起11220V50Hz数码显示稳压电源信号发生器220V50Hz数码显示稳压电源信号发生器被测信号电桥盒放大器检波解调A/D转换器3片1.自动水泵；2.针型阀；3.试压容器；4.工作片；5.压力表；6.放4.再次按上“测量”按钮，背后转换开关置于“转换器”表4-1球形封头的应变记录表12345-3000000-400-7530-4616-361-708-432-319-665-404-280-627-3654MPa-239-587-334--545-29900-49000-20678表4-2椭圆形封头的应变记录表1)))φ5667880-14-36-98-27-74-43-120-2954MPa-58-148-393-72-181-492411)表4-3球形封头的应力记录表应力符号4MPa1φ9.9728.3640.52θ9.2029.1340.992φ8.2726.5545.17θ8.8927.7947.383φ22.4245.14θ23.3446.384φ23.6346.38θ24.7147.155φ21.1441.16θ8.8228.5148.056φ22.3140.39θ25.5028.3142.047φ9.6825.0640.4446.49θ24.7947.378φ9.2426.6444.24σ68.1186.75θ表4-4椭圆形封头的应力记录表12345678应力符号σ-0.044-4.0929.372-16.8088.99839.40239.24833.26434.80422.1121.64820.48211.5517.578-0.13220.416-8.6918.898-33.7718.39237.9559.13658.98249.8351.98630.44827.522-0.35229.92-15.28.05-50.66426.5157.0024MPa79.37679.06867.03469.9643.4542.06440.45822.74836.872-0.5541.272-17.24837.642-61.38636.82576.71499.3398.86884.17287.71452.27250.86428.07245.408-0.79251.414-20.81247.168-84.34845.82596.03θ第五章用有限元法进行应力分析法(或称有限元法)现已成为CAD／CAM(计算机辅助设计与制造)技术的重要组成部分。图5-1有限元法单元划分示意图（2)用每个单元所假设的近似函数来分片图5-2三维实体的单元划分模型图5-3热应力问题条件)、自然边界条件(黎曼边界条件)、混合边界条件(柯西边界条件)。对于自然边界(4)在其他软件中创建有限元模型，然后将节点和单元数据读入ANSYS。1）定义文件名：GUI:file->Chan参数意义参数意义R1=154.5mm筒体半径L=50mm筒体长度R2=154.5mm球壳半径P=1MPa施加载荷t1=8mm筒体壁厚E=2e5MPa材料弹性模量t2=8mm球壳壁厚nu=0.3材料泊松比图5-6DefineMaterialModelBehavior对话框图5-7球形封头+筒体的几何模型图5-8划分单元工具对话框图5-9单元尺寸对话框图5-10球形封头+筒体的有限元网格模型图5-11ApplyU,ROTonNodes对话框4)在所选节点上施加X方向轴对称约束：执行UtilityMenu->Solution->DefineLoads->Apply->Structural-图5-12ApplySYMNonNodes对话框5)选择容器壁对应的线单元：执行UtilityMenu->Select->Entities…命令，弹出图5-13均布载荷即边界设置图2）求解：执行MainMenu->Solution->Solv的OK按钮，开始计算；当弹出Note提示框图5-15用等高线显示节点结果对话框图5-17指定硬点的周向应力图5-19指定硬点的经向应力不把求解过程及图形全部列出，具体的操作方法是：将命令流输入击回车键，在执行MainMenu->GeneralPostproc->PlotResults->ReadR图5-20读取不同载荷求解的结果表5-1球形封头与筒体的ANSYS分析结果应力符号4MPa1φ9.40928.22837.63847.047θ9.40928.22837.63847.0472φ9.40828.22337.63147.038θ9.40928.22837.63847.0473φ9.41528.24637.66147.076θ9.42628.27937.70647.1324φ9.41828.26537.68747.109θ9.41328.20437.65147.5φ9.38928.2137.61447.017θ9.2227.76437.01946.2746φ9.38128.14437.44446.906θ9.18527.55545.9257φ9.40228.20637.60847.01θ20.75231.12841.5048φ9.21427.64236.85646.07σ35.54553.31788.862θ2令输入窗口，单击回车键，在执行MainMenu->Genera图5-21椭圆形封头+筒体有限元网格模型图5-22椭圆形封头+筒体在压为1MPa下的周向应力云图图5-23指定硬点的周向应力图5-24椭圆形封头+筒体在压为1MPa下的图5-25指定硬点的经向应力表5-2椭圆形封头与筒体的ANSYS分析结果12345678应力符号σ-1.841-4.9259.125-19.363736.29336.29130.47733.14822.59821.8920.293-3.68221.584-9.851-38.727426.14554.43854.43745.71549.72333.89632.83431.622-5.52232.376-14.77627.376-58.091127.11239.2174MPa72.58472.58260.95366.29745.43.77940.58642.-7.36343.168-19.70136.502-77.454736.14990.72990.72876.19182.87156.49454.72450.73352.703-9.204-24.62745.627-96.818445.65.362θ图5-29指定硬点的经向应力表5-3球形封头的ANSYS分析结果应力符号4MPa1φ9.41128.23337.64447.θ9.41128.23337.64447.2φ9.40828.22537.63347.θ9.40828.23337.63147.0393φ9.41228.23637.64847.06θ9.41228.23537.64747.4φ9.42328.24237.69347.116θ9.42628.27737.70347.1285φ9.36928.10637.63947.θ9.36928.10637.47447.056φ9.41128.23337.64447.054θ9.33228.23237.64347.0547φ9.41128.23237.64247.θ9.4128.23137.64147.0528φ9.41128.23337.64447.σ9.4128.23137.64247.052θ时的应力云图及结果。其余结果见表5-4所示（命令流见表5-4椭圆形封头的ANSYS分析结构12345678应力符号σ9.7444.472-1.9579.706-10.0339.229-13.69.187-13.84436.46436.46322.79623.3918.943-3.913-20.065-27.2-27.68954.69554.69546.21450.48929.233-5.8729.119-30.09827.688-40.827.562-41.5334MPa72.92772.92661.61967.31945.59146.78238.977-7.82638.825-40.13136.917-54.4-55.37791.15991.15884.14956.98958.47848.72222.35947.5-9.78348.532-50.46.146-6845.937-69.221θ第六章误差分析和数据处理0000式中f——相对误差。表6-1在压为1MPa下球形封头在不同方法下的应力比较x=09.9069.9069.979.4099.409x=409.9069.9068.278.899.4089.409x=809.9069.9069.4159.426x=1109.9069.9069.4189.413x=1309.9069.9068.829.3899.22x=1509.9069.9069.3819.185x=1569.9069.9069.689.402x=158.59.9069.249.214在内压为1MPa下球形封头在不同方法下的应力比较单500点的位置单位mm经解周解经实周实经有周有5图6-1在压为1MPa下球形封头在不同方法下的应力比较表6-2在压为2MPa下球形封头在不同方法下的应力比较x=0x=40x=8022.4223.34x=11023.6324.71x=13021.14x=150x=15624.7920.752x=158.539.62535.545在内压为2MPa下球形封头在不同方法下的应力比较单500点的位置单位mm经解周解经实周实经有周有 图6-2在压为2MPa下球形封头在不同方法下的应力比较表6-3在压为3MPa下球形封头在不同方法下的应力比较x=029.71929.71928.3629.1328.22828.228x=4029.71929.71926.5527.7928.22328.228x=8029.71929.71928.24628.279x=11029.71929.71928.26528.204x=13029.71929.71928.5128.2127.764x=15029.71929.71922.3128.3128.14427.555x=15629.71929.71925.0628.20631.128x=158.529.71959.43826.6427.64253.317在内压为3MPa下球形封头在不同方法下的应力比较单00点的位置单位mm经解周解经实周实经有周有 图6-3在压为3MPa下球形封头在不同方法下的应力比较表6-4在压为4MPa下球形封头在不同方法下的应力比较x=039.62539.62540.5240.9937.63837.638x=4039.62539.62537.63137.638x=8039.62539.62545.1446.3837.66137.706x=11039.62536.11446.3847.1537.68737.651x=13039.62539.62541.1637.61437.019x=15039.62539.62542.0437.444x=15639.62539.62540.4447.3737.60841.504x=158.539.62568.1136.856在内压为4MPa下球形封头在不同方法下的应力比较单00点的位置单位mm经解周解经实周实经有周有5图6-4在压为4MPa下球形封头在不同方法下的应力比较表6-5在压为5MPa下球形封头在不同方法下的应力比较x=049.53149.53147.04747.047x=4049.53149.53145.1747.3847.03847.047x=8049.53149.53147.07647.132x=11049.53149.53147.10947.x=13049.53149.53148.0547.01746.274x=15049.53149.53140.3946.90645.925x=15649.53149.53146.4947.01x=158.549.53144.2486.7546.0788.862在内压为5MPa下球形封头在不同方法下的应力比较M位单00点的位置单位mm经解周解经实周实经有周有 图6-5在压为5MPa下球形封头在不同方法下的应力比较表6-6在压为1MPa下椭圆形封头在不同方法下的应力比较x=0x=40x=80x=110x=129.4150-0.044-1.841x=150-11.874-4.092-4.925x=158-19.269.372-16.8089.125-19.3637x=158.59.9068.998在内压为1在内压为1MPa下椭圆形封头在不同方法下的应力比较50单位mm经解周解经实周实经有周有单点的位置50图6-6在压为1MPa下椭圆形封头在不同方法下的应力比较表6-7在压为2MPa下椭圆形封头在不同方法下的应力比较x=039.62639.62639.40239.24836.29336.291x=4038.66836.73433.26434.80430.47733.148x=8027.22822.1121.64822.59821.89x=11020.48220.293x=129.41528.020-0.132-3.682x=15022.704-23.74820.416-8.6921.584-9.851x=158-38.52-33.77-38.7274x=158.539.62626.145在内压为2在内压为2MPa下椭圆形封头在不同方法下的应力比较0值点的位置单位mm经解周解经实周实经有周有 单图6-7在压为2MPa下椭圆形封头在不同方法下的应力比较表6-8在压为3MPa下椭圆形封头在不同方法下的应力比较x=059.41959.41959.13658.98254.43854.437x=4058.00255.10149.8351.98645.71549.723x=8040.84233.89632.834x=11047.50520.6430.448x=129.41542.03027.522-0.35231.622-5.522x=150-35.62229.92-15.32.376-14.776x=158-57.7828.05-58.66427.376-58.0911x=158.529.71859.41326.5157.00227.11239.217在内压为3在内压为3MPa下椭圆形封头在不同方法下的应力比较0点的位置单位mm经解周解经实周实经有周有单5图6-8在压为3MPa下椭圆形封头在不同方法下的应力比较表6-9在压为4MPa下椭圆形封头在不同方法下的应力比较x=079.25279.25279.37679.06872.58472.582x=4077.33673.46867.03469.9660.95366.297x=8054.45643.4542.06445.43.779x=11063.3427.5240.45822.74840.586x=129.415036.872-0.5542.-7.363x=15045.408-49.49641.272-17.24843.168-19.701x=158-77.0437.642-61.38636.582-77.4547x=158.539.62479.25236.82576.71436.149在内压为4在内压为4MPa下椭圆形封头在不同方法下的应力比较0点的位置单位mm经解周解经实周实经有周有 单图6-9在压为4MPa下椭圆形封头在不同方法下的应力比较表6-10在压为5MPa下椭圆形封头在不同方法下的应力比较x=099.06599.06599.3398.86890.72990.728x=4096.6791.83584.17287.71476.19182.871x=8089.168.0752.27256.49454.724x