有限元分析必威体育精装版法兰算例..doc

题目： 成都石化设计院用于某容器上的带增强法兰的球封头，结构尺寸如图，工作载荷为内压0.8Mpa，螺栓载荷为535574N，材料为20R。请按照分析设计的要求分析该结构在上述工况下操作时的各类应力并进行强度校核。 一、载荷分析 1.用户数据 根据设计图，计算基础数据如下： 工作压力 0.8MPa 设计压力 0.8MPa 工作温度 120℃ 设计温度 120℃ 腐蚀裕量 2mm 载荷组合系数 1 2.结构参数 以下所有厚度均为有效厚度，长度单位：mm 中心接管参数 图1: 带增强法兰的椭圆封头-中心接管参数示意图 内直径D1 50 厚度T1 3.5 外伸高度H1 200 过渡段内半径r1 15 过渡段外半径r2 15 封头参数 图2: 带增强法兰的椭圆封头-封头参数示意图 内半径[长半轴]a 800 内表面高度b 800 厚度t 14 法兰参数 图3: 带增强法兰的椭圆封头-法兰参数示意图 外直径d1 960 内直径d2 780 厚度t 66 螺栓数目 24 螺栓中心圆直径d3 915 螺栓孔直径d4 27 垫片内直径d5 800 垫片外直径d6 866 倒角内半径r1 40 倒角外半径r2 15 3.材料参数 部位 材料 弹性模量 (MPa) 泊松比 比重 (g/cm3) Smt(MPa) 接管 碳素钢锻件20 190200 0.3 7.84 124.6 封头 碳素钢钢板20R 194600 0.3 7.824 144.2 法兰 碳素钢钢板20R 190200 0.3 7.84 114.6 4.载荷条件 内压(MPa) 0.8 螺栓力(N) 535574 接管端面已自动施加由内外压差引起的边界等效压力。 二、结构分析 根据法兰结构特点，应进行带增强法兰的椭圆封头的应力分析，建立力学模型如下： (1)力学模型 根据带增强法兰的椭圆封头的结构特点和载荷特性，采用了三维力学模型。 图4: 带增强法兰的椭圆封头网格图 (2)边界条件 位移边界条件 图5: 带增强法兰的椭圆封头X方向约束 图6: 带增强法兰的椭圆封头Y方向约束 图7: 带增强法兰的椭圆封头Z方向约束 力边界条件 参见“载荷分析”。 (3)单元选择 网格剖分采用8节点六面体单元和6节点三棱柱单元。 三、应力分析结果 图8: 带增强法兰的椭圆封头变形图及σp3应力分布图 四、强度评定 图9: 第1条分析路径局部图 第1条分析路径(内节点2917, 外节点883) 总体薄膜应力强度：SI = 29.53 KSmt= 144.20MPa 薄膜加弯曲应力强度：SIII = 35.39 1.5KSmt= 216.30MPa 一次加二次应力强度：SIV = 35.39 3.0KSmt= 432.60MPa 图10: 第2条分析路径局部图 第2条分析路径(内节点572, 外节点673) 局部薄膜应力强度：SII = 37.27 1.5KSmt= 186.90MPa 薄膜加弯曲应力强度：SIII = 37.27 1.5KSmt= 186.90MPa 一次加二次应力强度：SIV = 42.18 3.0KSmt= 373.80MPa 图11: 第3条分析路径局部图 第3条分析路径(内节点3573, 外节点3600) 总体薄膜应力强度：SI = 5.92 KSmt= 124.60MPa 薄膜加弯曲应力强度：SIII = 6.59 1.5KSmt= 186.90MPa 一次加二次应力强度：SIV = 6.59 3.0KSmt= 373.80MPa 图12: 第4条分析路径局部图 第4条分析路径(内节点4676, 外节点677) 局部薄膜应力强度：SII = 13.06 1.5KSmt= 171.90MPa 薄膜加弯曲应力强度：SIII = 13.06 1.5KSmt= 171.90MPa 一次加二次应力强度：SIV = 25.13 3.0KSmt= 343.80MPa 该容器强度校核合格。 五、结论 1. 所有A、B类焊缝需100%无损检测，合格标准按JB4732-95的规定。 2. 锻件和封头、锻件和筒体小园弧加工完成后，需进行表面磁粉检测。 3. 所有对接焊缝需打磨至与母材平齐。 4. 本设备的设计、制造均按JB4732-95标准进行。 5. 在达到上述要求后，该容器在设计条件下的强度是满足JB4732-95标