ANSYS压力容器（东北大学选修课）

东 北 大 学

研 究 生 考 试 试 卷

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考试科目：ANSYS 及有限元法在压力容器中的工程应用（双语课） 课程编号： Y2014580158 阅 卷 人： 考试日期： 2015 年 1 月 9 日 姓 名： 学 号：

注 意 事 项

1．考 前 研 究 生 将 上 述 项 目 填 写 清 楚 2．字 迹 要 清 楚，保 持 卷 面 清 洁

3．交 卷 时 请 将 本 试 卷 和 题 签 一 起 上 交

东北大学研究生院

压力容器应力强度分析报告 （第 4 组）

考试科目：姓 名：学 号：

ANSYS 及有限元法在压力容器中的工程应用

目录

第一章 设计任务 ............................................................................................................................. 4

1.1 设计要求 ............................................................................................................................ 4 1.2 设计参数 ............................................................................................................................ 4 1.3设备结构 ............................................................................................................................. 6 第二章 容器强度设计 ..................................................................................................................... 7

2.1选材 ..................................................................................................................................... 7 2.2焊缝系数的选择 ................................................................................................................. 7 2.3容器壁厚计算 ..................................................................................................................... 8

2.32壁厚计算 ................................................................................................................... 9 2.33椭圆封头壁厚计算 ................................................................................................. 10 2.4变径段强度设计 ............................................................................................................... 11

2.41圆锥连接加强 ......................................................................................................... 11 2.42变径段中间部分： ................................................................................................. 12 2.5补强计算 ........................................................................................................................... 12

2.5.1内压容器开孔后所需的补强面积 ........................................................................ 12 2.5.2有效补强面积即已有的加强面积 ........................................................................ 13

第三章 优化设计 ........................................................................................................................... 14

3.1 后处理结果 ...................................................................................................................... 14 第四章 实验总结 ........................................................................................................................... 17

第一章 设计任务

1.1 设计要求

压力容器用刚可以分为碳素钢、低合金钢、和高合金钢。压力容器用碳素钢主要有三类：第一类是碳素结构钢，如 Q235-B 和 Q235-C 钢板；第二类就是优质碳素钢，如 10、20 钢钢管，20、35 钢锻件；第三类是压力容器专用钢板，如 Q245R、20G。Q245R 是在 20 钢基础上发展起来的，主要是对硫、磷等有害元素的控制更加严格，对钢材的表面质量和内部缺陷控制的要求也较高。

对图示设备在满足工艺设计参数的前提下完成选材、结构设计和设计计算报告，最终确定设备强度尺寸并编写设计说明书，完成该设备的设计（按分析设计法进行设计）。要求保证安全性的前提下，尽量降低设备成本并实现优化设计。

1.2 设计参数

同学从以下五组尺寸参数与一组压力参数中任选一组。

操作载荷 压力 表1 设计数据 A 0.4MPa B 0.8MPa C 1.0MPa D 1.6MPa F G H I 2.4MPa 2.8MPa 3.0MPa 3.8MPa E 2.0MPa J 4.0MPa 设计寿命 10年 腐蚀速率 0.3mm/y 操作温度 200℃ 操作介质 空气、水蒸汽 表2 尺寸参数 mm 参数 第一组 第二组 第三组 第四组 第五组 Di 3200 2800 2400 1800 1600 Di1 2000 1800 1600 1200 1000 L1 4500 3500 3000 2500 2500 L2 2000 1800 1500 1200 1200 L3 1000 800 600 500 500 L4 1800 1500 1300 1000 800 参数 a b c d e 表3 接管尺寸参数 mm 第一组 第二组 第三组 第四组 φ457×14 φ356×12 φ273×10 φ273×8 φ114×6 φ114×6 φ89×6 φ60×4 φ457×14 φ356×12 φ273×10 φ273×8 φ219×10 φ219×10 φ168×8 φ168×8 φ168×25 φ168×25 φ168×25 φ114×25 第五组 φ216×8 φ60×4 φ216×8 φ114×8 φ114×25 本设计载荷选择为c级（1.0MPa 压强），结构尺寸参数选择第三组。

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