高壓分離罐畢業(yè)設(shè)計(jì)

目錄前言 11有限元法 31.1有限元法概述 31.2有限元法與其他分析法的區(qū)別 31.3有限元法解題環(huán)節(jié) 62有限元分析軟件ANSYS 82.1ANSYS軟件簡介 82.2ANSYS軟件的功能 102.3ANSYS軟件的分析過程 112.3.1前解決 112.3.2加載求解 122.3.3后解決 123高壓分離罐 133.1加氫精制簡介 133.2高壓分離罐的總體結(jié)構(gòu) 143.2.1材料 153.2.2筒體 153.2.3封頭 153.3.4裙座 164高壓分離罐應(yīng)力分析及強(qiáng)度校核 174.1分析設(shè)計(jì)簡介 174.2應(yīng)力分類 184.2.1一次應(yīng)力P 194.2.2二次應(yīng)力Q 204.2.3峰值應(yīng)力F 204.3應(yīng)力強(qiáng)度評估方法 214.4設(shè)計(jì)條件 224.5高壓分離罐應(yīng)力分析 234.5.1上封頭 244.5.1油氣入口開孔 304.5.3裙座 36結(jié)論 43參考文獻(xiàn) 44謝辭 45附錄1 47附錄2 52附錄3 56前言石化工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)之一，是提供交通運(yùn)送燃料和石油化工原料的工業(yè)，在國民經(jīng)濟(jì)、國防和社會(huì)發(fā)展中具有極其重要的地位和作用。隨著人類對石油產(chǎn)品的需求量不斷增長，人類對油品質(zhì)量的規(guī)定也也來越高。為了獲取高質(zhì)量的石油加工產(chǎn)品或增產(chǎn)石油化工原料和中餾份油，以及適應(yīng)高含硫原油、劣質(zhì)原油深加工的需要與改善環(huán)境條件等目的，在現(xiàn)代石油加工工業(yè)中出現(xiàn)了加氫工藝裝置。加氫工藝于1927年在工業(yè)上得到應(yīng)用，但由于高壓設(shè)備制造困難，合金鋼材耗用量大，投資大等因素，因此在石油煉制工業(yè)中一直未得到迅速發(fā)展。加氫工藝過程具有工藝流程簡樸、生產(chǎn)靈活性大，產(chǎn)品收率高，質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在它已作為現(xiàn)代煉油技術(shù)在各國煉油行業(yè)廣泛應(yīng)用。20世紀(jì)90年代以來，世界煉油公司加工的原油重質(zhì)化趨勢加大，原油中硫和重金屬含量明顯上升，以及各國的環(huán)保法規(guī)對石油加工產(chǎn)品清潔性規(guī)定日趨嚴(yán)格，煉油公司不得不采用清潔生產(chǎn)工藝來生產(chǎn)清潔燃料。與此同時(shí)，人們發(fā)現(xiàn)柴油機(jī)具有明顯的節(jié)能優(yōu)勢，并且在減少其尾氣污染物排放和污染物治理方面也取得了顯著成效。成品油市場中柴油需求增長速度遠(yuǎn)高于汽油。芳烴和乙烯等原料的需求也不斷增長，僅僅依靠原油加工量的增長已不能滿足需要。因此，加氫工藝和技術(shù)受到世界各大石油公司的普遍重視，加氫裝置建設(shè)和技術(shù)開發(fā)明顯加快。高壓分離罐作為加氫工藝裝置的關(guān)鍵設(shè)備，長期處在高溫、高壓、臨氫、高溫硫和硫化氫環(huán)境，使用條件苛刻，其設(shè)計(jì)和制造難度較大。長期以來，國內(nèi)外對其設(shè)計(jì)、材料和制造技術(shù)進(jìn)行了大量的理論研究和工程實(shí)踐，特別是近年來，隨著加氫裝置的大型化，高壓分離罐的制造周期加長、生產(chǎn)成本不斷提高。為了縮短制造周期、減少生產(chǎn)成本，保證加氫反映器的安全可靠運(yùn)營，開發(fā)了新材料，應(yīng)用了許多新工藝、新技術(shù)。安全性是設(shè)計(jì)高壓分離罐遵循的重要準(zhǔn)則，隨著大型化高參數(shù)化工容器的廣泛使用，在設(shè)計(jì)觀點(diǎn)和方法上，以往所采用的基于彈性失效準(zhǔn)則的按“常規(guī)設(shè)計(jì)”方法已不能完全適應(yīng)工程設(shè)計(jì)的規(guī)定，基于塑性失效準(zhǔn)則的“分析設(shè)計(jì)”越來越多的應(yīng)用到現(xiàn)代容器的設(shè)計(jì)中。分析設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)一方面是對容器關(guān)鍵部位進(jìn)行應(yīng)力分析，對載荷和應(yīng)力進(jìn)行分類。應(yīng)用流體分析模型和應(yīng)力分析技術(shù)進(jìn)行流體場和溫度場的模擬，解決了分離器高應(yīng)力區(qū)和高溫度區(qū)的應(yīng)力計(jì)算，大大提高了計(jì)算的準(zhǔn)確性和使用的安全性。ANSYS作為最通用有效的有限元軟件之一，在壓力容器的應(yīng)力分析設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用。本文就高壓分離罐進(jìn)行了分析設(shè)計(jì)說明，其中簡要的說明了高壓分離罐的結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并結(jié)合JB4732-95《鋼制壓力容器—分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》著重對加氫反映器局部的應(yīng)力分布集中狀態(tài)和應(yīng)力校核進(jìn)行了具體的論述。同時(shí)，還對所使用的有限元方法和ANSYS14.0做了簡要的說明。

1有限元法1.1有限元法概述有限元法(FEM，F(xiàn)initeElementMethod)起源于到20世紀(jì)40年代。Courant第一次應(yīng)用定義在三角區(qū)域上的分片連續(xù)函數(shù)和最小位能原理來求解St.Venant扭轉(zhuǎn)問題?，F(xiàn)代有限單元法的第一個(gè)成功的嘗試是在1956年，Turner、Clough等人在分析飛機(jī)結(jié)構(gòu)時(shí)，將鋼架位移法推廣應(yīng)用于彈性力學(xué)平面問題，給出了用三角形單元求得平面應(yīng)力問題的對的答案。1960年，Clough進(jìn)一步解決了平面彈性問題，并第一次提出了“有限單元法”，使人們結(jié)識到它的作用。有限元法的基本概念是用較簡樸的問題代替復(fù)雜問題后再求解。它將求解域當(dāng)作是由許多稱為有限元的小的互連子域組成，對每一單元假定一個(gè)合適的(較簡樸的)近似解，然后推導(dǎo)求解這個(gè)域總的滿足條件(如結(jié)構(gòu)的平衡條件)，從而得到問題的解。這個(gè)解不是準(zhǔn)確解，而是近似解，由于實(shí)際問題被較簡樸的問題所代替。由于大多數(shù)實(shí)際問題難以得到準(zhǔn)確解，而有限元不僅計(jì)算精度高，并且能適應(yīng)各種復(fù)雜形狀，因而成為行之有效的工程分析手段。有限元法的優(yōu)點(diǎn)是解題能力強(qiáng)，可以比較精確地模擬各種復(fù)雜的曲線或曲面邊界，網(wǎng)格的劃分也比較隨意，可以統(tǒng)一解決多種邊界條件，離散方程的形式規(guī)范，便于編制通用的計(jì)算機(jī)程序，在固體力學(xué)方程的數(shù)值計(jì)算方面取得巨大的成功。但是在應(yīng)用于流體流動(dòng)和傳熱方程求解的過程中卻碰到一些困難，其因素在于，按加權(quán)余量法推導(dǎo)出的有限元離散方程也只是對原微分方程的數(shù)學(xué)近似。當(dāng)解決流動(dòng)和傳熱問題的守恒性、強(qiáng)對流、不可壓縮條件等方面的規(guī)定期，有限元離散方程中的各項(xiàng)還無法給出合理的物理解釋[1]。1.2有限元法與其他分析法的區(qū)別[2]計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)的技術(shù)種類有很多，其中涉及有限元法(FEM，F(xiàn)initeElementMethod)，邊界元法(BEM，BoundaryElementMethod)，有限差分法(FDM，F(xiàn)initeDifferenceElementMethod)等。每一種方法都各有其應(yīng)用的領(lǐng)域。有限元方法的基礎(chǔ)是變分原理和加權(quán)余量法，其基本求解思想是把計(jì)算域劃分為有限個(gè)互不重疊的單元，在每個(gè)單元內(nèi)，選擇一些合適的節(jié)點(diǎn)作為求解函數(shù)的插值點(diǎn)，將微分方程中的變量改寫成由各變量或其導(dǎo)數(shù)的節(jié)點(diǎn)值與所選用的插值函數(shù)組成的線性表達(dá)式，借助于變分原理或加權(quán)余量法，將微分方程離散求解。采用不同的權(quán)函數(shù)和插值函數(shù)形式，便構(gòu)成不同的有限元方法。有限元方法最早應(yīng)用于結(jié)構(gòu)力學(xué)，后來隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展慢慢用于流體力學(xué)的數(shù)值模擬。在有限元方法中，把計(jì)算域離散剖分為有限個(gè)互不重疊且互相連接的單元，在每個(gè)單元內(nèi)選擇基函數(shù)，用單元基函數(shù)的線形組合來逼近單元中的真解，整個(gè)計(jì)算域上總體的基函數(shù)可以看為由每個(gè)單元基函數(shù)組成的，則整個(gè)計(jì)算域內(nèi)的解可以看作是由所有單元上的近似解構(gòu)成。在河道數(shù)值模擬中，常見的有限元計(jì)算方法是由變分法和加權(quán)余量法發(fā)展而來的里茲法和伽遼金法、最小二乘法等。根據(jù)所采用的權(quán)函數(shù)和插值函數(shù)的不同，有限元方法也分為多種計(jì)算格式。從權(quán)函數(shù)的選擇來說，有配置法、矩量法、最小二乘法和伽遼金法，從計(jì)算單元網(wǎng)格的形狀來劃分，有三角形網(wǎng)格、四邊形網(wǎng)格和多邊形網(wǎng)格，從插值函數(shù)的精度來劃分，又分為線性插值函數(shù)和高次插值函數(shù)等。不同的組協(xié)議樣構(gòu)成不同的有限元計(jì)算格式。對于權(quán)函數(shù)，伽遼金(Galerkin)法是將權(quán)函數(shù)取為逼近函數(shù)中的基函數(shù)；最小二乘法是令權(quán)函數(shù)等于余量自身，而內(nèi)積的極小值則為對代求系數(shù)的平方誤差最??；在配置法中，先在計(jì)算域內(nèi)選取N個(gè)配置點(diǎn)。令近似解在選定的N個(gè)配置點(diǎn)上嚴(yán)格滿足微分方程，即在配置點(diǎn)上令方程余量為0。插值函數(shù)一般由不同次冪的多項(xiàng)式組成，但也有采用三角函數(shù)或指數(shù)函數(shù)組成的乘積表達(dá)，但最常用的多項(xiàng)式插值函數(shù)。有限元插值函數(shù)分為兩大類，一類只規(guī)定插值多項(xiàng)式自身在插值點(diǎn)取已知值，稱為拉格朗日(Lagrange)多項(xiàng)式插值；另一種不僅規(guī)定插值多項(xiàng)式自身，還規(guī)定它的導(dǎo)數(shù)值在插值點(diǎn)取已知值，稱為哈密特(Hermite)多項(xiàng)式插值。單元坐標(biāo)有笛卡爾直角坐標(biāo)系和無因次自然坐標(biāo)，有對稱和不對稱等。常采用的無因次坐標(biāo)是一種局部坐標(biāo)系，它的定義取決于單元的幾何形狀，一維看作長度比，二維看作面積比，三維看作體積比。在二維有限元中，三角形單元應(yīng)用的最早，近來四邊形等參元的應(yīng)用也越來越廣。對于二維三角形和四邊形電源單元，常采用的插值函數(shù)為有Lagrange插值直角坐標(biāo)系中的線性插值函數(shù)及二階或更高階插值函數(shù)、面積坐標(biāo)系中的線性插值函數(shù)、二階或更高階插值函數(shù)等。有限差分方法(FDM)是計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬最早采用的方法，至今仍被廣泛運(yùn)用。該方法將求解域劃分為差分網(wǎng)格，用有限個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)代替連續(xù)的求解域。有限差分法以Taylor級數(shù)展開等方法，把控制方程中的導(dǎo)數(shù)用網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上的函數(shù)值的差商代替進(jìn)行離散，從而建立以網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上的值為未知數(shù)的代數(shù)方程組。該方法是一種直接將微分問題變?yōu)榇鷶?shù)問題的近似數(shù)值解法，數(shù)學(xué)概念直觀，表達(dá)簡樸，是發(fā)展較早且比較成熟的數(shù)值方法。對于有限差分格式，從格式的精度來劃分，有一階格式、二階格式和高階格式。從差分的空間形式來考慮，可分為中心格式和逆風(fēng)格式?？紤]時(shí)間因子的影響，差分格式還可以分為顯格式、隱格式、顯隱交替格式等。目前常見的差分格式，重要是上述幾種形式的組合，不同的組合構(gòu)成不同的差分格式。差分方法重要合用于有結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，網(wǎng)格的步長一般根據(jù)實(shí)際地形的情況和柯朗穩(wěn)定條件來決定。構(gòu)造差分的方法有多種形式，目前重要采用的是泰勒級數(shù)展開方法。其基本的差分表達(dá)式重要有三種形式：一階向前差分、一階向后差分、一階中心差分和二階中心差分等，其中前兩種格式為一階計(jì)算精度，后兩種格式為二階計(jì)算精度。通過對時(shí)間和空間這幾種不同差分格式的組合，可以組合成不同的差分計(jì)算格式。有限體積法(FVM)又稱為控制體積法。其基本思緒是：將計(jì)算區(qū)域劃分為一系列不反復(fù)的控制體積，并使每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)周邊有一個(gè)控制體積；將待解的微分方程對每一個(gè)控制體積積分，便得出一組離散方程。其中的未知數(shù)是網(wǎng)格點(diǎn)上的因變量的數(shù)值。為了求出控制體積的積分，必須假定值在網(wǎng)格點(diǎn)之間的變化規(guī)律，即假設(shè)值的分段分布的分布剖面。從積分區(qū)域的選取方法看來，有限體積法屬于加權(quán)剩余法中的子區(qū)域法；從未知解的近似方法看來，有限體積法屬于采用局部近似的離散方法。簡言之，子區(qū)域法屬于有限體積發(fā)的基本方法。有限體積法的基本思緒易于理解，并能得出直接的物理解釋。離散方程的物理意義，就是因變量在有限大小的控制體積中的守恒原理，如同微分方程表達(dá)因變量在無限小的控制體積中的守恒原理同樣。有限體積法得出的離散方程，規(guī)定因變量的積分守恒對任意一組控制體積都得到滿足，對整個(gè)計(jì)算區(qū)域，自然也得到滿足。這是有限體積法吸引人的優(yōu)點(diǎn)。有一些離散方法，例如有限差分法，僅當(dāng)網(wǎng)格極其細(xì)密時(shí)，離散方程才滿足積分守恒；而有限體積法即使在粗網(wǎng)格情況下，也顯示出準(zhǔn)確的積分守恒。就離散方法而言，有限體積法可視作有限單元法和有限差分法的中間物。有限單元法必須假定值在網(wǎng)格點(diǎn)之間的變化規(guī)律(既插值函數(shù))，并將其作為近似解。有限差分法只考慮網(wǎng)格點(diǎn)上的數(shù)值而不考慮值在網(wǎng)格點(diǎn)之間如何變化。有限體積法只尋求的結(jié)點(diǎn)值，這與有限差分法相類似；但有限體積法在尋求控制體積的積分時(shí)，必須假定值在網(wǎng)格點(diǎn)之間的分布，這又與有限單元法相類似。在有限體積法中，插值函數(shù)只用于計(jì)算控制體積的積分，得出離散方程之后，便可忘掉插值函數(shù)；假如需要的話，可以對微分方程中不同的項(xiàng)采用不同的插值函數(shù)。1.3有限元法解題環(huán)節(jié)對于不同物理性質(zhì)和數(shù)學(xué)模型的問題，有限元求解法的基本環(huán)節(jié)是相同的，只是具體公式推導(dǎo)和運(yùn)算求解不同。有限元求解問題的基本環(huán)節(jié)通常為：(1)問題及求解域定義，根據(jù)實(shí)際問題近似擬定求解域的物理性質(zhì)和幾何區(qū)域。(2)求解域離散化，將求解域近似為具有不同有限大小和形狀且彼此相連的有限個(gè)單元組成的離散域，習(xí)慣上稱為有限元網(wǎng)絡(luò)劃分。顯然單元越小(網(wǎng)絡(luò)越細(xì))則離散域的近似限度越好，計(jì)算結(jié)果也越精確，但計(jì)算量及誤差都將增大，因此求解域的離散化是有限元法的核心技術(shù)之一。(3)擬定狀態(tài)變量及控制方法，一個(gè)具體的物理問題通常可以用一組包含問題狀態(tài)變量邊界條件的微分方程式表達(dá)，為適合有限元求解，通常將微分方程化為等價(jià)的泛函形式。(4)單元推導(dǎo)，對單元構(gòu)造一個(gè)適合的近似解，即推導(dǎo)有限單元的列式，其中涉及選擇合理的單元坐標(biāo)系，建立單元試函數(shù)，以某種方法給出單元各狀態(tài)變量的離散關(guān)系，從而形成單元矩陣(結(jié)構(gòu)力學(xué)中稱剛度陣或柔度陣)。為保證問題求解的收斂性，單元推導(dǎo)有許多原則要遵循。對工程應(yīng)用而言，重要的是應(yīng)注意每一種單元的解題性能與約束。例如，單元形狀應(yīng)以規(guī)則為好，畸形時(shí)不僅精度低，并且有缺秩的危險(xiǎn)，將導(dǎo)致無法求解。(5)總裝求解，將單元總裝形成離散域的總矩陣方程(聯(lián)合方程組)，反映對近似求解域的離散域的規(guī)定，即單元函數(shù)的連續(xù)性要滿足一定的連續(xù)條件。總裝是在相鄰單元結(jié)點(diǎn)進(jìn)行，狀態(tài)變量及其導(dǎo)數(shù)(也許的話)連續(xù)性建立在結(jié)點(diǎn)處。(6)聯(lián)立方程組求解和結(jié)果解釋，有限元法最終導(dǎo)致聯(lián)立方程組。聯(lián)立方程組的求解可用直接法、選代法和隨機(jī)法。求解結(jié)果是單元結(jié)點(diǎn)處狀態(tài)變量的近似值。對于計(jì)算結(jié)果的質(zhì)量，將通過與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則提供的允許值比較來評價(jià)并擬定是否需要反復(fù)計(jì)算。簡言之，進(jìn)行有限元分析可提成三個(gè)階段，前解決、解決和后解決。前解決是建立有限元模型，完畢單元網(wǎng)格劃分；后解決則是采集解決分析結(jié)果，使用戶能簡便提取信息，了解計(jì)算結(jié)果。

2有限元分析軟件ANSYS2.1ANSYS軟件簡介美國ANSYS公司成立于1970年，長期以來一直致力于設(shè)計(jì)分析軟件的開發(fā)、研制，其先進(jìn)的技術(shù)及高質(zhì)量的產(chǎn)品贏得了業(yè)界的廣泛認(rèn)可，目前已成為世界CAE行業(yè)中最大的公司。在40數(shù)年的發(fā)展過程中，ANSYS不斷改善提高，功能不斷增強(qiáng)，其強(qiáng)大的圖形解決能力及得心應(yīng)手的實(shí)用工具使得用戶在解決問題時(shí)得心應(yīng)手。并且它能與多數(shù)CAD軟件接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和互換，如Pro/Engineer,NASTRAN,Alogor,I－DEAS,AutoCAD等，。目前最新ANSYS已發(fā)展到14.5版本，本文使用的版本是ANSYS14.0。ANSYS是一種廣泛的商業(yè)套裝工程分析軟件。所謂工程分析軟件，重要是在機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)受到外力負(fù)載所出現(xiàn)的反映，例如應(yīng)力、位移、溫度等，根據(jù)該反映可知道機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)受到外力負(fù)載后的狀態(tài)，進(jìn)而判斷是否符合設(shè)計(jì)規(guī)定。一般機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu)相稱復(fù)雜，受的負(fù)載也相稱多，理論分析往往無法進(jìn)行。想要解答，必須先簡化結(jié)構(gòu)，采用數(shù)值模擬方法分析。由于計(jì)算機(jī)行業(yè)的發(fā)展，相應(yīng)的軟件也應(yīng)運(yùn)而生，ANSYS軟件在工程上應(yīng)用相稱廣泛，在機(jī)械、電機(jī)、土木、電子及航空等領(lǐng)域的使用，都能達(dá)成某種限度的可信度，頗獲各界好評。使用該軟件，可以減少設(shè)計(jì)成本，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。它包含了前置解決、解題程序以及后置解決，將有限元分析、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和優(yōu)化技術(shù)相結(jié)合，已成為現(xiàn)代工程學(xué)問題必不可少的有力工具[3]。目前，ANSYS軟件已形成完善、成熟的三大核心體系：以結(jié)構(gòu)、熱力學(xué)為核心的MCAE體系，以計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)為核心的CFD體系，以計(jì)算電磁學(xué)為核心的CEM體系。這三大體系不僅提供MCAE/CFD/CEM領(lǐng)域的單場分析技術(shù)，各單場分析技術(shù)之間還可以形成多物理場耦合分析機(jī)制。在我國，ANSYS的用戶也越來越多。三峽工程、黃河下游特大型公路斜拉橋、國家大劇院、浦東國際機(jī)場、上?？萍汲翘粘?、深圳南湖路花園大廈等在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)都采用了ANSYS軟件作為分析工具。圖2.1ANSYS14.0啟動(dòng)界面圖2.2ANSYS14.0操作界面2.2ANSYS軟件的功能[4～5]ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁、聲學(xué)于一體的大型通用有限元軟件，可廣泛的用于核工業(yè)、鐵道、石油化工、航空航天、機(jī)械制造、能源、汽車交通、國防軍工、電子、土木工程、生物醫(yī)學(xué)、水利、日用家電等一般工業(yè)及科學(xué)研究。其功能重要分為以下5類：(1)結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)分析又可以分為結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析和結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析。結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析用來求解外載荷引起的位移、應(yīng)力和力。靜力分析很適合求解慣性和阻尼對結(jié)構(gòu)的影響并不顯著的問題。ANSYS程序中的靜力分析不僅可以進(jìn)行線性分析，并且也可以進(jìn)行非線性分析，如塑性、蠕變、膨脹、大變形、大應(yīng)變及接觸分析。結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析用來求解隨時(shí)間變化的載荷對結(jié)構(gòu)或部件的影響。與靜力分析不同，動(dòng)力分析要考慮隨時(shí)間變化的力載荷以及它對阻尼和慣性的影響。ANSYS可進(jìn)行的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析類型涉及：瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析及隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)分析。(2)ANSYS熱分析熱分析一般不是單獨(dú)的，其后往往進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，計(jì)算由于熱膨脹或者收縮不均勻引起的應(yīng)力。程序可解決熱傳遞的三種基本類型：傳導(dǎo)、對流和輻射。熱傳遞的三種類型均可進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)、線性和非線性分析。熱分析還具有可以模擬材料固化和熔解過程的相變分析能力以及模擬熱與結(jié)構(gòu)應(yīng)力之間的熱－結(jié)構(gòu)耦合分析能力。(3)ANSYS電磁分析重要用于電磁場問題的分析，如電感、電容、磁通量密度、渦流、電場分布、磁力線分布、力、運(yùn)動(dòng)效應(yīng)、電路和能量損失等。還可用于螺線管、調(diào)節(jié)器、發(fā)電機(jī)、變換器、磁體、加速器、電解槽及無損檢測裝置等的設(shè)計(jì)和分析領(lǐng)域。(4)ANSYS流體分析ANSYS流體單元能進(jìn)行流體動(dòng)力學(xué)分析，分析類型可認(rèn)為瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)。分析結(jié)果可以是每個(gè)節(jié)點(diǎn)的壓力和通過每個(gè)單元的流率。并且可以運(yùn)用后解決功能產(chǎn)生壓力、流率和溫度分布的圖形顯示。此外，還可以使用三維表面效應(yīng)單元和熱－流管單元模擬結(jié)構(gòu)的流體繞流并涉及對流換熱效應(yīng)。(5)ANSYS耦合場分析耦合場分析重要考慮兩個(gè)或多個(gè)物理場之間的互相作用。假如兩個(gè)物理場之間互相影響，單獨(dú)求解一個(gè)物理場是不也許得到對的結(jié)果的，因此需要一個(gè)能將兩個(gè)物理場組合到一起求解的分析軟件。例如：在壓電分析中，需要同時(shí)求解電壓分布(電場分析)和應(yīng)變(結(jié)構(gòu)分析)。2.3ANSYS軟件的分析過程ANSYS分析過程涉及3個(gè)重要環(huán)節(jié)：前解決，加載求解，后解決。2.3.1前解決在分析過程中，建立有限元模型要花費(fèi)較多的時(shí)間。在前解決過程中，先指定任務(wù)名和分析標(biāo)題，然后在預(yù)解決器下定義單元類型、單元實(shí)常數(shù)、材料特性和有限元模型等。(1)指定任務(wù)名和分析標(biāo)題，該環(huán)節(jié)雖然不是必須的，但ANSYS推薦使用任務(wù)名和分析標(biāo)題。(2)定義單位制，ANSYS對單位沒專門的規(guī)定，除了磁場分析以外，只要保證輸入的數(shù)據(jù)都使用統(tǒng)一的單位制即可。這時(shí)，輸出的數(shù)據(jù)與輸入數(shù)據(jù)的單位制完全一致。(3)定義單元類型，從ANSYS提供的單元庫內(nèi)根據(jù)需要選擇單元類型。(4)定義單元實(shí)常數(shù)，在選擇了單元類型以后，有的單元類型需要輸入用于對單元進(jìn)行補(bǔ)充說明的實(shí)常數(shù)。是否需要實(shí)常數(shù)及實(shí)常數(shù)的類型，由所選單元類型決定。(5)定義材料特性，太多數(shù)情況下在分析時(shí)都要指定材料特性，ANSYS軟件可以選擇的材料特性有線性的和非線性的，各向同性的、正向同性的和非彈性的，不隨溫度變化的和隨溫度變化的。(6)創(chuàng)建有限元模型，創(chuàng)建有限元模型的方掛有兩種：實(shí)體建模法和直接生成法。前者先創(chuàng)建實(shí)體模型，然后劃分網(wǎng)絡(luò)形成有限元模型；后者直接創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)、單元，生成有限元模型。2.3.2加載求解建立有限元模型目后，需要在求解器下選擇分析類型，指定分析選項(xiàng)，然后施加載荷和約束，指定載荷步長并對有限元求解進(jìn)行初始化，最后求解。(1)選擇分析類型和指定分析選項(xiàng)，在ANSYS中，可以選擇下列分析類型：靜態(tài)分析、模態(tài)分析、諧響應(yīng)分析、瞬態(tài)分析、譜分析、屈曲分析、子結(jié)構(gòu)分析等。平同的分析類型，有不同的分析選項(xiàng)。(2)施加載荷和約束，在ANSYS中的約束解決為自由度載荷。ANSYS的載荷共分為6類：自由度載荷、集中力和力矩、表面分布載荷、體積載荷、慣性載荷和耦合場載荷。假如按載荷施加的主體類型劃分的話，ANSYS的載荷又可以分為直接施加在幾何實(shí)體上的載荷和施加在有限元模型即節(jié)點(diǎn)、單元上的載荷。(3)指定載荷步選項(xiàng)，重要是對載荷步進(jìn)行修改和控制，例如：制定子載荷步數(shù)、時(shí)間步長、對輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行控制等。(4)求解初始化，重要工作是從ANSYS數(shù)據(jù)庫中在得模型和載荷信息，進(jìn)行計(jì)算求解，并將結(jié)果寫入到結(jié)果文獻(xiàn)和數(shù)據(jù)庫中。結(jié)果主件和數(shù)據(jù)庫文獻(xiàn)的不同點(diǎn)是，數(shù)據(jù)庫文獻(xiàn)每次只能駐留一組結(jié)果，而結(jié)果文獻(xiàn)保存所有結(jié)果數(shù)據(jù)。2.3.3后解決ANSYS的后解決用來觀測分析結(jié)果。ANSYS的后解決分為通用后解決模塊和時(shí)間后解決模塊兩部分。后解決結(jié)果也許涉及位移溫度應(yīng)力應(yīng)變速度以及熱流等，輸出形式可以是圖形顯示和數(shù)據(jù)列表兩種。ANSYS還提供自動(dòng)或手動(dòng)時(shí)程計(jì)算結(jié)果解決的工具[6]。

3高壓分離罐3.1加氫精制簡介加氫精制也稱加氫解決，石油產(chǎn)品最重要的精制方法之一。指在氫氣和催化劑存在下，使油品中的硫、氧、氮等有害雜質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的硫化氫、水、氨而除去，并使烯烴和二烯烴加氫飽和、芳烴部分加氫飽和，以改善油品的質(zhì)量。有時(shí)，加氫精制指輕質(zhì)油品的精制改質(zhì)，而加氫解決指重質(zhì)油品的精制脫硫。其重要目的是對油品進(jìn)行改質(zhì)，提高產(chǎn)品的安定性及延長發(fā)動(dòng)機(jī)等設(shè)備使用壽命，減少對環(huán)境的污染。20世紀(jì)50年代，加氫方法在石油煉制工業(yè)中得到應(yīng)用和發(fā)展，60年代因催化重整裝置增多，石油煉廠可以得到便宜的副產(chǎn)氫氣，加氫精制應(yīng)用日益廣泛。加氫精制可用于各種來源的汽油、煤油、柴油的精制、催化重整原料的精制，潤滑油、石油蠟的精制，噴氣燃料中芳烴的部分加氫飽和，燃料油的加氫脫硫，渣油脫重金屬及脫瀝青預(yù)解決等。各種油品加氫精制工藝流程基本相同，如圖3.1所示，原料油與氫氣混合后,送入加熱爐加熱到規(guī)定溫度，再進(jìn)入裝有顆粒狀催化劑的反映器(絕大多數(shù)的加氫過程采用固定床反映器)中。反映完畢后，氫氣在分離器中分出，并經(jīng)壓縮機(jī)循環(huán)使用。產(chǎn)品則在穩(wěn)定塔中分出硫化氫、氨、水以及在反映過程中少量分解而產(chǎn)生的氣態(tài)氫[7]。1-加熱爐；2-反映器；3-分離罐；4-穩(wěn)定塔；5-壓縮機(jī)圖3.1加氫精制工藝流程3.2高壓分離罐的總體結(jié)構(gòu)高壓分離罐按其罐壁的使用溫度分為冷高壓分離罐和熱高壓分離罐兩種。初期的高壓分離罐，因無法解決材料在高溫下抗氫氣和抗硫化氫腐蝕的難題，只能從結(jié)構(gòu)上考慮使壁溫減少，采用所謂的冷壁結(jié)構(gòu)，即在殼體內(nèi)壁上襯以一定厚度的大顆粒珍珠巖混凝土作為隔熱層。襯以隔熱層后，壁溫可維持在300到350℃。但冷高壓分離罐有以下缺陷：一是容積有效運(yùn)用率低，約為50%到60%，且在操作過程中有時(shí)因內(nèi)壁隔熱層損壞導(dǎo)致器壁局部過熱，使安全生產(chǎn)受到威脅；二是筒體上開孔十分困難。20世紀(jì)60年代末開始，高壓分離罐逐步由冷壁向熱壁過渡，目前已幾乎不再制造冷壁結(jié)構(gòu)。熱壁反映器有較高的容積運(yùn)用率，可達(dá)80%到90%左右，器壁不易產(chǎn)生局部過熱現(xiàn)象，使用安全可靠，生產(chǎn)維護(hù)方便，維修周期短，可獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。高壓分離罐的總體結(jié)構(gòu)如圖3.2所示。1-氣體出口；2-人孔；3-絲網(wǎng)除沫器；4-油氣入口；5-進(jìn)料分離器；6-筒體；7-下球形封頭；8-油出口；9-裙座圖3.2高壓分離罐結(jié)構(gòu)3.2.1材料[8]高壓分離罐內(nèi)壁長期經(jīng)受高溫高壓的氫氣和硫化氫氣體，其材料應(yīng)具有抗高溫腐蝕、抗蠕變，抗氧化和抗氫腐蝕的四抗能力，并應(yīng)當(dāng)具有足夠的強(qiáng)度。因此，要選用抗氫蝕性能良好的合金鋼。目前，幾乎都采用能抗氫蝕的Cr-Mo鋼作為主體材料，但從抗氫腐蝕性能、抗蠕變性能和最高使用溫度限制方面，仍滿足不了某些場合需求，特別是隨著加氫工藝技術(shù)、特別是渣油加氫改質(zhì)煤加氫液化工藝的發(fā)展，加氫反映器的尺寸越來越大，設(shè)計(jì)條件更加苛刻，若仍采用一般的Cr-Mo鋼來制造，勢必會(huì)導(dǎo)致壁厚太厚，導(dǎo)致單臺(tái)反映器重量過大，給制造、安裝、運(yùn)送帶來極大的困難，使綜合投資大幅度增長，為此有必要開發(fā)強(qiáng)度和使用溫度更高，抗氫性能更好的新型Cr-Mo鋼種。Cr-Mo-V鋼正是在此基礎(chǔ)上開發(fā)出來的新鋼種，這種新型Cr-Mo鋼與普通Cr-Mo鋼相比，各方面都有明顯的優(yōu)越，強(qiáng)度及許用應(yīng)力、最高使用溫度、抗氫性能提高，隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，新型Cr-Mo-V鋼會(huì)得到越來越廣泛的應(yīng)用。3.2.2筒體[8]高壓分離罐筒體的結(jié)構(gòu)形式有兩種，一種是單層厚板卷焊結(jié)構(gòu)，稱板焊結(jié)構(gòu)；另一種是單層鍛造筒節(jié)焊接結(jié)構(gòu)，稱鍛焊結(jié)構(gòu)。當(dāng)分離罐內(nèi)壓力較低、筒體直徑較小、壁厚較薄時(shí)，多采用板焊結(jié)構(gòu)。而當(dāng)壓力高，直徑大，壁厚很厚時(shí)，多采用鍛焊結(jié)構(gòu)。鍛焊結(jié)構(gòu)比較抱負(fù)，其重要優(yōu)點(diǎn)是：在制造過程中鍛坯需經(jīng)墩粗，而沖孔可以除去中心部位的偏析和夾渣，提高反映器抗氫蝕能力，材料均勻性好。由于需要機(jī)加工，提高了筒節(jié)相關(guān)尺寸的精度，既方便組裝，又減小加工殘余應(yīng)力。結(jié)構(gòu)上可為分離器內(nèi)部構(gòu)件的支撐圈設(shè)計(jì)發(fā)明有利條件，以提高此部位的抗裂能力。3.2.3封頭高壓分離罐的封頭為球形封頭，與其他各種形式的封頭相比較，球形封頭可以設(shè)計(jì)稱壁厚最小，減輕了設(shè)備質(zhì)量。高壓分離罐的球形封頭一般為非標(biāo)準(zhǔn)尺寸系列封頭，為了減少制導(dǎo)致本，高壓分離罐上、下封頭常采用相同的封頭內(nèi)徑。3.3.4裙座高壓分離罐采用裙座結(jié)構(gòu)支承。裙座的形式根據(jù)承受載荷情況不同，可分為圓筒形和圓錐形兩類。圓筒形裙座制造方便，經(jīng)濟(jì)上合理，故應(yīng)用廣泛，但對于受力情況比較差。為防止風(fēng)載荷或地震載荷引起的彎距導(dǎo)致殼體翻倒，則需要配置較多的地腳螺栓及具有足夠大的承載面積的基礎(chǔ)環(huán)。此時(shí)，圓筒形裙座的結(jié)構(gòu)尺寸往往滿足不了這么多地腳螺栓的合理布置，因而只能采用圓錐形裙座。裙座不管是圓筒形還是圓錐形，均有裙座筒體，基礎(chǔ)環(huán)，地腳螺栓，人孔，排氣孔，引出管通道，保溫支承圈等組成。裙座與殼體焊接于封頭的焊接接頭可分為對接及搭接。采用對接接頭時(shí)，裙座筒體外與罐體下封頭外徑相等，焊縫必須采用全熔透的連續(xù)焊[8]。

4高壓分離罐應(yīng)力分析及強(qiáng)度校核4.1分析設(shè)計(jì)簡介[8]目前壓力容器設(shè)計(jì)有兩大類標(biāo)準(zhǔn)，一類是常規(guī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，以美國ASME-Ⅷ-1《壓力容器建造》和我國GB150《鋼制壓力容器》為代表；另一類是分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，以美國ASME-Ⅷ-2《壓力容器建造另一規(guī)則》和我國JB4732《鋼制壓力容器—分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》為代表。常規(guī)設(shè)計(jì)只考慮單一的最大載荷工況，按一次施加的靜力載荷解決，不考慮交變載荷，也不區(qū)分短期載荷和永久載荷，因而不涉及容器的疲勞壽命問題。常規(guī)設(shè)計(jì)本質(zhì)上是一種基于經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法，并不是建立在具體應(yīng)力分析的基礎(chǔ)上，它僅計(jì)算沿容器壁厚的薄膜應(yīng)力，只有彎曲應(yīng)力特別顯著、起主導(dǎo)作用時(shí)才予以考慮。顯然，這種做法的局限性之處在于沒有對容器重要區(qū)域的應(yīng)力進(jìn)行嚴(yán)格而具體的計(jì)算，從而也就無法對不同部位、由不同載荷引起、對容器失效有不同影響的應(yīng)力加以不同的限制。為克服常規(guī)設(shè)計(jì)的局限性，1965年美國頒布了首部分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。通過40數(shù)年的發(fā)展，分析設(shè)計(jì)的內(nèi)涵不斷得到擴(kuò)充和調(diào)整。分析設(shè)計(jì)是以塑性失效準(zhǔn)則為基礎(chǔ)、采用精細(xì)的力學(xué)分析手段的壓力容器設(shè)計(jì)方法。目前，分析設(shè)計(jì)重要涉及應(yīng)力分類法和基于失效模式的直接法。常規(guī)設(shè)計(jì)和分析設(shè)計(jì)之間既有獨(dú)立性又有互補(bǔ)性。兩者的獨(dú)立性表現(xiàn)為：常規(guī)設(shè)計(jì)能獨(dú)立完畢的設(shè)計(jì)，可以直接應(yīng)用，而不必再做分析設(shè)計(jì)；分析設(shè)計(jì)所完畢的設(shè)計(jì)，也不受常規(guī)設(shè)計(jì)能否通過的影響。兩者的互補(bǔ)性表現(xiàn)為：常規(guī)設(shè)計(jì)不能獨(dú)立完畢的設(shè)計(jì)(如疲勞分析、復(fù)雜幾何形狀和載荷情況)，可以用分析設(shè)計(jì)來補(bǔ)充完畢。反之，分析設(shè)計(jì)也常借助常規(guī)設(shè)計(jì)的公式來擬定不見的初步設(shè)計(jì)方案，然后再做具體分析。但是，常規(guī)設(shè)計(jì)與分析設(shè)計(jì)不能混用。常規(guī)設(shè)計(jì)與分析設(shè)計(jì)的對比參見表4.1。表4.1常規(guī)設(shè)計(jì)與分析設(shè)計(jì)對比4.2應(yīng)力分類[8～9]將應(yīng)力進(jìn)行分類是分析設(shè)計(jì)與常規(guī)設(shè)計(jì)的一大區(qū)別。B.F.Langer根據(jù)應(yīng)力分析所得到的的各種性質(zhì)不同的應(yīng)力提出：假如能對容器中的應(yīng)力分布進(jìn)行具體分析，那就不需要采用單一的許用應(yīng)力限制，而是根據(jù)應(yīng)力在結(jié)構(gòu)中的具體部位和分布情況及應(yīng)力產(chǎn)生的因素、危害性等，分別采用不同的許用應(yīng)力限制。例如：承受內(nèi)壓的容器，當(dāng)內(nèi)壓逐漸增大，器壁中的薄膜應(yīng)力不斷上升，當(dāng)環(huán)向壓力達(dá)成材料的屈服點(diǎn)時(shí)，若不考慮材料的應(yīng)變硬化，則壁厚開始減薄，直徑變大，最終會(huì)發(fā)生爆裂。因此，內(nèi)壓引起的薄膜應(yīng)力必須限制在屈服應(yīng)力以下。但在缺口處，盡管局部應(yīng)變已經(jīng)比屈服應(yīng)變高出幾倍，只要材料是延性的，而載荷又但是多地反復(fù)循環(huán)導(dǎo)致疲勞裂紋的萌生，即使達(dá)成屈服點(diǎn)，出現(xiàn)塑性變形，結(jié)構(gòu)仍然是安全的。而在局部不連續(xù)處(如：開孔接管)盡管局部應(yīng)變已較屈服應(yīng)變高出很多，但只要材料有足夠的延性，而載荷又不反復(fù)交變致使裂紋萌生，則在上述狀態(tài)下仍很安全。尚有一些應(yīng)力如：溫度應(yīng)力，它在結(jié)構(gòu)內(nèi)是自平衡的，無須平衡外部載荷，達(dá)成屈服反而可以幫助材料去克服強(qiáng)加的變形形式；再如封頭與筒體由于變形不協(xié)調(diào)所引起的應(yīng)力等等，它們都不具有同一性質(zhì)，不屬于同一類型，應(yīng)予以區(qū)別對待，采用不同的許用應(yīng)力極限。應(yīng)力分類的概念就是基于以上種種情況，根據(jù)應(yīng)力的起因、應(yīng)力對失效模式所起的不同作用、應(yīng)力自身的分布規(guī)律等提出的。應(yīng)力分類的總原則是“等安全裕度原則”對不同性質(zhì)的應(yīng)力采用不同的控制值。這樣，容器的設(shè)計(jì)便減少盲目性，趨于安全合理。壓力容器應(yīng)力分類的依據(jù)是應(yīng)力對壓力容器強(qiáng)度失效所起作用的大小。這種作用又取決于下列兩個(gè)因素：①應(yīng)力產(chǎn)生的因素，即應(yīng)力是外載荷直接產(chǎn)生的還是在變形協(xié)調(diào)過程中產(chǎn)生的，外載荷是機(jī)械載荷還是熱載荷；②應(yīng)力作用的區(qū)域與分布形式，即應(yīng)力的作用是總體范圍還是局部范圍的，是沿厚度的分布是均勻的還是線性的或非線性的。目前，比較通用的應(yīng)力分類方法是將壓力容器中的應(yīng)力分為三大類：一次應(yīng)力、二次應(yīng)力和峰值應(yīng)力三大類。下面分別予以介紹。4.2.1一次應(yīng)力P一次應(yīng)力是指平衡外加機(jī)械載荷所必須的應(yīng)力。一次應(yīng)力必須滿足外載荷與內(nèi)力及內(nèi)力矩的靜力平衡關(guān)系，它隨外載荷的增長而增長，不會(huì)因達(dá)成材料的屈服強(qiáng)度而自行限制，所以，一次應(yīng)力的基本特性是“非自限性”。此外，當(dāng)一次應(yīng)力超過屈服強(qiáng)度時(shí)將引起容器總體范圍內(nèi)的顯著變形或破壞。因此，必須防止發(fā)生過度的塑性變形，并為爆破或蠕變失效留有足夠的裕度。一次應(yīng)力有三種類型：一次總體薄膜應(yīng)力、一次彎曲應(yīng)力和一次局部薄膜應(yīng)力。(1)一次總體薄膜應(yīng)力Pm，是在所研究的截面厚度上均勻分布的，且等于該截面應(yīng)力平均值的法向應(yīng)力(即正應(yīng)力)的分量。假如這種應(yīng)力達(dá)成屈服極限時(shí)，將引起截面整體屈服，不出現(xiàn)荷載的再分派，而是直接導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。(2)一次彎曲應(yīng)力Pb，是指沿厚度線性分布的應(yīng)力。它在內(nèi)、外表面上大小相等、方向相反。由于沿厚度線性分布，隨外載增大，故一方面是內(nèi)、外表面進(jìn)入屈服，但此時(shí)內(nèi)部材料仍處在彈性狀態(tài)。若載荷繼續(xù)增大，應(yīng)力沿厚度的分布將重新調(diào)整。因此這種應(yīng)力對容器強(qiáng)度失效的危害性沒有一次總體薄膜應(yīng)力那樣大。(3)一次局部薄膜應(yīng)力PL，是由內(nèi)壓或其它機(jī)械荷載產(chǎn)生的，由于結(jié)構(gòu)不連續(xù)或其它特殊情況的影響而在管道或附件的局部區(qū)域有所增強(qiáng)的一次薄膜應(yīng)力。這類應(yīng)力雖然具有二次應(yīng)力的一些特性，但為安全計(jì)，通常仍劃為一次應(yīng)力。這種應(yīng)力達(dá)成屈服極限時(shí)，只引起局部屈服，塑性應(yīng)變?nèi)匀皇艿街苓厪椥圆牧系募s束，所以屈服是允許的。例如，在固定支架處或接管連接處由于外載產(chǎn)生的一次薄膜應(yīng)力，通常劃為一次局部薄膜應(yīng)力。4.2.2二次應(yīng)力Q二次應(yīng)力是由于變形受約束所產(chǎn)生的正應(yīng)力或切應(yīng)力。它自身不直接與外力相平衡。二次應(yīng)力的特性是有自限性的，當(dāng)局部屈服和產(chǎn)生小量塑性變形就能使應(yīng)力減少下來。對于塑性良好的壓力容器，一般在初次加載時(shí)，二次應(yīng)力不會(huì)直接導(dǎo)致破壞，只有當(dāng)應(yīng)變在多次反復(fù)交變的情況下，才引起管道疲勞破壞。因此，對于二次應(yīng)力的限定，并不取決于一個(gè)期間的應(yīng)力水平，而是取決于交變的應(yīng)力范圍和交變循環(huán)的次數(shù)。壓力容器由熱脹、冷縮和其它位移受約束而產(chǎn)生的應(yīng)力，屬于二次應(yīng)力。但是，在彈性轉(zhuǎn)移較大時(shí)，這一類應(yīng)力與一次應(yīng)力的作用相近。壓力容器由于溫度不均勻的縱向溫度梯度或內(nèi)外壁徑向溫度梯度所產(chǎn)生的溫差應(yīng)力，以及與連接部件有不同的金屬特性(線膨脹系數(shù)不同)而產(chǎn)生的熱應(yīng)力(或稱總體熱應(yīng)力)屬于二次應(yīng)力。二次應(yīng)力也有二次薄膜應(yīng)力和二次彎曲應(yīng)力兩部分。4.2.3峰值應(yīng)力F峰值應(yīng)力是管道或附件由于局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)或局部熱應(yīng)力效應(yīng)(涉及局部應(yīng)力集中)附加到一次應(yīng)力或二次應(yīng)力的增量。它的特點(diǎn)是不引起顯著的變形，并且在短距離內(nèi)從它的根源衰竭，它是一種導(dǎo)致疲勞裂紋或脆性破壞的也許因素。例如，壓力容器由于溫度分布不均勻，不同膨脹幾乎所有被限制，不引起顯著變形的局部熱應(yīng)力，以及附件上小半徑圓角處、焊縫未焊透處的應(yīng)力，均屬于峰值應(yīng)力。4.3應(yīng)力強(qiáng)度評估方法[10]如圖4.1，依據(jù)JB4732-95，在只考慮壓力載荷的條件下，應(yīng)力強(qiáng)度值應(yīng)依次滿足下列各條對許用極限的規(guī)定：(1)一次總體薄膜應(yīng)力強(qiáng)度SI的許用極限為KStm；(2)一次局部薄膜應(yīng)力強(qiáng)度SII的許用極限為1.5KStm；(3)一次薄膜加一次彎曲應(yīng)力強(qiáng)度SIII的許用極限為1.5KStm；(4)一次加二次應(yīng)力強(qiáng)度SIV的許用極限為3KStm。注：Stm為設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度，在本設(shè)計(jì)中K取1。4.4設(shè)計(jì)條件某公司制造的某臺(tái)高壓分離罐，需對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。本章采用有限元分析方法并結(jié)合JB4732-95《鋼制壓力容器—分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定對高壓分離罐上封頭、油氣入口以及裙座處等應(yīng)力集中區(qū)域進(jìn)行了詳盡的應(yīng)力分析和全面的應(yīng)力強(qiáng)度評估。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的標(biāo)注，該設(shè)備的重要設(shè)計(jì)參數(shù)如表4.2所示。表4.2設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)壓力16.6MPa計(jì)算壓力16.6MPa設(shè)計(jì)溫度315℃筒體內(nèi)徑1800mm封頭內(nèi)徑1835mm腐蝕余量0mm焊縫系數(shù)1基本風(fēng)壓700Pa設(shè)備容積20.87m3筒體材料12Cr2Mo1R封頭材料12Cr2Mo1R根據(jù)GB150-2023[11]，查得筒體及封頭材料性能如表4.3所示。表4.3材料性能材料315℃下許用應(yīng)力(MPa)彈性模量(MPa)泊松比(μ)12Cr2Mo1R1651.908×1050.3分離罐規(guī)格為φ1800*(6.5+110)，筒體最小壁厚110mm，半球形封頭最小壁厚80mm?？紤]到分離罐內(nèi)壁有6.5mm堆焊覆層，覆層力學(xué)性能不好。因此，作如下簡化：建立分析模型時(shí)取筒體規(guī)格為φ1813*110。4.5高壓分離罐應(yīng)力分析4.5.1上封頭[12]根據(jù)上封頭處的結(jié)構(gòu)特性和受力特點(diǎn)，采用軸對稱結(jié)構(gòu)建立平面模型進(jìn)行應(yīng)力分析。幾何結(jié)構(gòu)見圖4.2。圖4.2上封頭幾何結(jié)構(gòu)(1)建立幾何模型及網(wǎng)格劃分打開ANSYS軟件，進(jìn)入工作界面，建立上封頭幾何模型。由于繪制平面圖，所以先繪制關(guān)鍵點(diǎn)，然后通過線連接關(guān)鍵點(diǎn)建模。為了方便選取關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)，可以先在AutoCAD軟件中繪出圖形，并記錄關(guān)鍵點(diǎn)的坐標(biāo)。繪制時(shí)應(yīng)注意坐標(biāo)的選取，使坐標(biāo)原點(diǎn)位于封頭圓心處，便于封頭的繪制。當(dāng)線連接完畢后，把需要圓滑過渡的地方進(jìn)行圓角命令，這樣，初始圖形就繪制出來了。接下來的工作是要?jiǎng)?chuàng)建面，可以通過線進(jìn)行創(chuàng)建，創(chuàng)建完畢后的模型如圖4.3所示。圖4.3上封頭幾何模型建立模型后，應(yīng)用ANSYS網(wǎng)格劃分命令里的網(wǎng)格劃分工具來劃分結(jié)構(gòu)單元。由于此結(jié)構(gòu)較為簡樸，所以采用Free命令來劃分自動(dòng)對模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。網(wǎng)格大小預(yù)先設(shè)立為10。對于結(jié)構(gòu)不連續(xù)區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化。整體劃分完畢后如圖4.4所示。圖4.4上封頭網(wǎng)格劃分(2)加載與約束當(dāng)網(wǎng)格劃分完畢后，就需要對模型施加載荷和約束條件。進(jìn)入到求解命令里，找到定義載荷，進(jìn)入應(yīng)用里面的結(jié)構(gòu)，開始進(jìn)行定義。具體邊界條件為：①分析模型底部：△Y=0；②上端法蘭處：Fp1=-5.55MPa；③殼體內(nèi)表面：Pd=16.6MPa。定義載荷和約束條件后的模型圖如下圖4.5所示：圖4.5上封頭載荷分布和約束條件(3)求解載荷和約束條件都定義完畢后，就可以進(jìn)行求解了。進(jìn)入求解命令，進(jìn)行求解。求解完畢后顯示整體變形圖，位移矢量圖和應(yīng)力分布圖，如圖4.6，圖4.7和圖4.8所示。圖4.6上封頭整體變形圖圖4.7上封頭位移矢量圖圖4.8上封頭應(yīng)力分布圖由應(yīng)力分布圖我們可知，在封頭和法蘭連接處，封頭和筒體連接處，法蘭拐角處應(yīng)力較大。并且可以發(fā)現(xiàn)，在筒體上的應(yīng)力分布較均勻，這是由周向應(yīng)力所決定的。而封頭上的應(yīng)力基本比筒體上的要小，而這是由于封頭材料厚度大于筒體厚度。由變形圖可知，在法蘭和封頭連接處，法蘭的拐角處和封頭與筒體連接處變形較大，這是有應(yīng)力分布情況和模型形狀決定的。(4)應(yīng)力強(qiáng)度評估在分析模型的關(guān)鍵部位進(jìn)行應(yīng)力強(qiáng)度校核，也就是應(yīng)力比較集中的部位和應(yīng)力較大且模型尺寸有過渡的地方，尚有在拐角區(qū)域的應(yīng)力也比較大，也同樣需要校核。用節(jié)點(diǎn)法定義途徑，找到應(yīng)力集中的部位，在法蘭與接管，封頭與接管，封頭截面，封頭與筒體，筒體截面等處建立5條應(yīng)力強(qiáng)度校核途徑，如圖4.9。應(yīng)力分析結(jié)果見附件1。圖4.9上封頭應(yīng)力強(qiáng)度校核途徑按JB4732-95的分析設(shè)計(jì)準(zhǔn)則進(jìn)行應(yīng)力強(qiáng)度校核，即一次薄膜應(yīng)力強(qiáng)度的許用極限為1倍的設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度；一次薄膜加一次彎曲應(yīng)力強(qiáng)度的許用極限為1.5倍的設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度。從ANSYS的后解決中提取出了以上5條分析途徑上的薄膜應(yīng)力強(qiáng)度和薄膜加彎曲應(yīng)力強(qiáng)度。對圓筒、球殼和球形封頭，取遠(yuǎn)離結(jié)構(gòu)突變區(qū)途徑上求解的薄膜應(yīng)力，可視為一次總體薄膜應(yīng)力。而對結(jié)構(gòu)不連續(xù)區(qū)域的薄膜應(yīng)力可視為局部薄膜應(yīng)力。分析校核結(jié)果列于表4.5中。 表4.5應(yīng)力分析結(jié)果路徑應(yīng)力強(qiáng)度評估MPaPATH1-194.36≤1.5Smt=247.5，126.4≤1.5Smt=247.5PATH1-2120.8≤1.5Smt=247.5，183.1≤3Smt=495PATH1-3114.2≤1Smt=165，129.2≤1.5Smt=247.5PATH1-4106.1≤1.5Smt=247.5，130.9≤1.5Smt=247.5PATH1-5142.1≤1Smt=165，154.4≤1.5Smt=247.5由以上計(jì)算結(jié)果可知，按JB4732-95的分析設(shè)計(jì)準(zhǔn)則進(jìn)行應(yīng)力強(qiáng)度校核，高壓分離罐上封頭處設(shè)計(jì)符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。4.5.1油氣入口開孔[5]油氣入口是高壓分離罐的關(guān)鍵內(nèi)構(gòu)件，加氫反映通常采用加入冷氫的方法控制床層溫度。根據(jù)冷氫箱開孔處的結(jié)構(gòu)特性和受力特點(diǎn)，采用軸對稱結(jié)構(gòu)，建立立體模型，幾何結(jié)構(gòu)見圖4.10。圖4.10油氣入口開孔處幾何結(jié)構(gòu)(1)建立幾何模型及網(wǎng)格劃分打開ANSYS軟件，進(jìn)入工作界面，建立油氣入口幾何模型。此結(jié)構(gòu)需要建立立體模型，我們先建立半圓筒模型。然后通過布爾運(yùn)算，對各實(shí)體進(jìn)行解決建模。繪制時(shí)需注意坐標(biāo)的位置，繪制接管時(shí)應(yīng)平移和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，使接管的軸向與坐標(biāo)系Z軸方向平行。模型完畢后，把需要圓滑過渡的地方進(jìn)行圓角命令。創(chuàng)建完畢后的模型如圖4.11所示。圖4.11油氣入口幾何模型建立模型后，應(yīng)用ANSYS網(wǎng)格劃分命令里的網(wǎng)格劃分工具來劃分結(jié)構(gòu)單元。由于此結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，所以需要自行設(shè)立網(wǎng)格份數(shù)對模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。整體劃分完畢后如圖4.12所示。圖4.12油氣入口網(wǎng)格劃分(2)加載與約束當(dāng)網(wǎng)格劃分完畢后，就需要對模型施加載荷和約束條件。進(jìn)入到求解命令里，找到定義載荷，進(jìn)入應(yīng)用里面的結(jié)構(gòu)，開始進(jìn)行定義。具體邊界條件為：①筒體模型上側(cè)：全約束；②筒體模型下側(cè)：對稱約束；③對稱面：對稱約束；④接管左端處：Fp2=-2.42MPa；⑤筒體及接管內(nèi)表面：Pd=16.6MPa。定義載荷和約束條件后的模型圖如下圖4.13所示。圖4.13油氣入口載荷分布和約束條件(3)求解載荷和約束條件都定義完畢后，就可以進(jìn)行求解了。進(jìn)入求解命令，進(jìn)行求解。求解完畢后顯示整體變形圖和位移矢量圖和應(yīng)力分布圖，如圖4.14，圖4.15和圖4.16所示。圖4.14油氣入口整體變形圖圖4.15油氣入口位移矢量和圖4.16油氣入口應(yīng)力分布圖由應(yīng)力分布圖我們可知，筒體開孔處處應(yīng)力較大。并且可以發(fā)現(xiàn)，在筒體上的應(yīng)力分布較均勻，這是由周向應(yīng)力所決定的。(4)應(yīng)力強(qiáng)度評估在分析模型的關(guān)鍵部位進(jìn)行應(yīng)力強(qiáng)度校核，也就是應(yīng)力比較集中的部位和應(yīng)力較大且模型尺寸有過渡的地方，尚有在拐角區(qū)域的應(yīng)力也比較大，也同樣需要校核。用節(jié)點(diǎn)法定義途徑，找到應(yīng)力集中的部位，在接管截面，筒體與接管連接處，筒體截面等建立4條應(yīng)力強(qiáng)度校核途徑，如圖4.17。應(yīng)力分析結(jié)果見附件2。圖4.17油氣入口應(yīng)力強(qiáng)度校核途徑在JB4732-95中查到高分罐材料12Cr2Mo1R的設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度Stm為165MPa。按JB4732-95的分析設(shè)計(jì)準(zhǔn)則進(jìn)行應(yīng)力強(qiáng)度校核。從ANSYS的后解決中提取出了以上4條分析途徑上的薄膜應(yīng)力強(qiáng)度和薄膜加彎曲應(yīng)力強(qiáng)度。分析校核結(jié)果列于表4.6。表4.6應(yīng)力分析結(jié)果路徑應(yīng)力強(qiáng)度評估MPaPATH2-176.91≤1.5Smt=247.5，158.0≤1.5Smt=247.5PATH2-2194.4≤1.5Smt=247.5，347.3≤3Smt=495PATH2-3135.7≤1.5Smt=247.5，167.4≤1.5Smt=247.5PATH2-4149.6≤1Smt=165，172.9≤1.5Smt=247.5由以上計(jì)算結(jié)果可知，按JB4732-95的分析設(shè)計(jì)準(zhǔn)則進(jìn)行應(yīng)力強(qiáng)度校核，高壓分離罐油氣入口開孔處設(shè)計(jì)符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。4.5.3裙座[13]由于研究裙座處的應(yīng)力分布情況，所以忽略下封頭上的反映物出口和催化劑卸料口。根據(jù)裙座處的結(jié)構(gòu)特性和受力特點(diǎn)，采用軸對稱結(jié)構(gòu)建立平面模型進(jìn)行應(yīng)力分析。裙座幾何結(jié)構(gòu)見圖4.18。圖4.18裙座幾何結(jié)構(gòu)(1)建立幾何模型及網(wǎng)格劃分打開ANSYS軟件，進(jìn)入工作界面，建立幾何模型。由于繪制平面圖，所以先繪制關(guān)鍵點(diǎn)，然后通過線連接關(guān)鍵點(diǎn)建模。繪制時(shí)應(yīng)注意坐標(biāo)的選取，使坐標(biāo)原點(diǎn)位于封頭圓心處，便于封頭的繪制。當(dāng)線連接完畢后，把需要圓滑過渡的地方進(jìn)行圓角命令，這樣，初始圖形就繪制出來了。接下來的工作是要?jiǎng)?chuàng)建面，可采用線圍成面的方式進(jìn)行創(chuàng)建，創(chuàng)建完畢后的模型如圖4.19所示。圖4.19裙座分析模型建立模型后，應(yīng)用ANSYS網(wǎng)格劃分命令里的網(wǎng)格劃分工具來劃分結(jié)構(gòu)單元。由于此平面結(jié)構(gòu)較為簡樸，所以采用Free命令來劃分自動(dòng)對模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。網(wǎng)格大小都設(shè)立為10。對于結(jié)構(gòu)不連續(xù)區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化。整體劃分完畢后如圖4.20所示。圖4.20裙座網(wǎng)格劃分(2)加載與約束當(dāng)網(wǎng)格劃分完畢后，就需要對模型施加載荷和約束條件。進(jìn)入到求解命令里，找到定義載荷，進(jìn)入應(yīng)用里面的結(jié)構(gòu)，開始進(jìn)行定義。具體邊界條件為：①裙座底部：△Y=0；②下封頭對稱截面處：△X=0；③頂端法蘭處：Fp=-64.497MPa；④殼體內(nèi)表面：Pd=16.6MPa。 定義載荷和約束條件后的模型圖如下圖4.21所示：圖4.21裙座載荷分布和約束條件(3)求解載荷和約束條件都定義完畢后，就可以進(jìn)行求解了。進(jìn)入求解命令，進(jìn)行求解。求解完畢后顯示整體變形圖和位移矢量圖和應(yīng)力分布圖，如圖4.22，圖4.23和圖4.24所示。圖4.22裙座整體變形圖圖4.23裙座位移矢量圖圖4.24裙座應(yīng)力分布圖由應(yīng)力分布圖我們可知，在封頭和筒體連接處以及裙座處處應(yīng)力較大。并且可以發(fā)現(xiàn)，在筒體上的應(yīng)力分布較均勻，這是由周向應(yīng)力所決定的。(4)應(yīng)力強(qiáng)度評估在分析模型的關(guān)鍵部位進(jìn)行應(yīng)力強(qiáng)度校核，也就是應(yīng)力比較集中的部位和應(yīng)力較大且模型尺寸有過渡的地方，尚有在拐角區(qū)域的應(yīng)力也比較大，也同樣需要校核。用節(jié)點(diǎn)法定義途徑，找到應(yīng)力集中的部位，筒體截面，封頭與筒體連接處，裙座截面，封頭截面等處建立5條應(yīng)力強(qiáng)度校核途徑，如圖4.25。應(yīng)力分析結(jié)果見附件3。圖4.25裙座應(yīng)力強(qiáng)度校核途徑按JB4732-95的分析設(shè)計(jì)準(zhǔn)則進(jìn)行應(yīng)力強(qiáng)度校核，即一次薄膜應(yīng)力強(qiáng)度的許用極限為1倍的設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度；一次薄膜加一次彎曲應(yīng)力強(qiáng)度的許用極限為1.5倍的設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度。從ANSYS的后解決中提取出了以上5條分析途徑上的一次薄膜應(yīng)力強(qiáng)度和一次薄膜加一次彎曲。對圓筒、球形封頭，取遠(yuǎn)離結(jié)構(gòu)不連續(xù)途徑上求解的薄膜應(yīng)力，可視為一次總體薄膜應(yīng)力。而對結(jié)構(gòu)不連續(xù)區(qū)域的薄膜應(yīng)力可視為局部薄膜應(yīng)力。應(yīng)力強(qiáng)度分析結(jié)果列于表4.7。表4.7應(yīng)力分析結(jié)果路徑應(yīng)力強(qiáng)度評估MPaPATH3-1125.6≤1Smt=165，137.7≤1.5Smt=247.5PATH3-2105.0≤1.5Smt=247.5，134.0≤1.5Smt=247.5PATH3-3103.6≤1.5Smt=247.5，127.0≤1.5Smt=247.5PATH3-447.16≤1.5Smt=247.5，62.86≤1.5Smt=247.5PATH3-5106.6≤1Smt=165，114.4≤1.5Smt=247.5由以上計(jì)算結(jié)果可知，按JB4732-95的分析設(shè)計(jì)準(zhǔn)則進(jìn)行應(yīng)力強(qiáng)度校核，高壓分離罐裙座處設(shè)計(jì)符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)論本論文一方面對有限元法、ANSYS軟件及高壓分離罐進(jìn)行了簡要概述。然后結(jié)合實(shí)例，對某高壓分離罐的高應(yīng)力區(qū)進(jìn)行了應(yīng)力分析及校核。最后得出該高壓分離罐設(shè)計(jì)合格的分析結(jié)果。由于基于彈性失效準(zhǔn)則的常規(guī)設(shè)計(jì)方法的局限性，它已不能完全適應(yīng)工程設(shè)計(jì)的規(guī)定。本設(shè)計(jì)采用的基于塑性失效準(zhǔn)則的分析設(shè)計(jì)的方法，并使用有限元軟件ANSYS大大提高了計(jì)算的準(zhǔn)確性。對一些大型的、重要的容器，采用分析設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，既可以減薄厚度，減少容器重量，又可以提高容器的安全可靠性。運(yùn)用有限元法進(jìn)行分析設(shè)計(jì)不僅可以保證壓力容器的高質(zhì)量，并且能進(jìn)一步優(yōu)化其結(jié)構(gòu)，將越來越多的應(yīng)用到現(xiàn)代容器的設(shè)計(jì)中。為了得到更加精確的分析結(jié)果，本文可做以下改善：①考慮筒體內(nèi)堆焊覆層的影響，設(shè)定堆焊層的材料參數(shù)；②建立幾何模型時(shí)，加入其他接管的影響；③在對裙座應(yīng)力分析時(shí)考慮熱應(yīng)力的影響，進(jìn)行應(yīng)力疊加。使用ANSYS進(jìn)行分析設(shè)計(jì)時(shí)，需要建立分析模型、劃分網(wǎng)格以及施加載荷和約束，因此以上任意部分的缺陷都會(huì)影響最終的分析結(jié)果。由于本人水平所限，在設(shè)計(jì)說明和應(yīng)力分析校核時(shí)難免存在不妥之處，敬請各位老師批評指正。

參考文獻(xiàn)[1]P.H.W.Ridley,G.W.Roberts.Finiteelementmodellingofnanoelements[J].JournalofMagnetismandMagneticMaterials,1999,193(1/3):423-426.[2]王金龍，王清明，王偉章，等．有限元分析與范例解析[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2023．P8[3]寧連旺.ANSYS有限元分析理論與發(fā)展[J].山西科技,2023,(4):65-66,68.[4]李兵，宮鵬涵.ANSYS14有限元分析自學(xué)手冊[M].人民郵電出版社,2023.7-8[5]余偉煒等.ANSYS在機(jī)械與化工裝備中的應(yīng)用［M］北京：中國水利水電出版社.2023.P52[6]趙恒華,快樂軍.ANSYS軟件及其使用[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2023,26(5):20-23.[7]王海彥，陳文藝.石油加工工藝學(xué)(下冊).中國石化出版社，2023.63-64[8]鄭津洋.過程設(shè)備設(shè)計(jì)［M］北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2023.[9]余國琮,胡修慈,吳文林.化工容器及設(shè)備[M].天津:天津大學(xué)出版社,1988:159-183.[10]JB4732—95,鋼制壓力容器——分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].[11]GB150—2023,鋼制壓力容器[S].[12]拉舍爾，辛德勒著；蘇文獻(xiàn)等譯．壓力容器分析設(shè)計(jì)——直接法［M］．北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2023:115-134[13]欒春遠(yuǎn)．壓力容器ANSYS分析與強(qiáng)度計(jì)算［M］．北京：中國水利水電出版社.2023:198-225

謝辭時(shí)光如梭，轉(zhuǎn)眼間四年的大學(xué)生活已近尾聲，我們將背上行囊迎接新的挑戰(zhàn)。大學(xué)四載，一朝揮別，昔事今憶，欲訴忘言。此時(shí)此刻，雖然有些傷感，但我不會(huì)忘掉對大學(xué)期間幫助我的老師和同學(xué)表達(dá)謝意。三年多的努力與付出，隨著本次論文的完畢，也將劃下完美的句號。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)在謝禹均專家的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格規(guī)定下業(yè)已完畢，從課題選擇到具體的寫作過程，論文初稿與定稿無不凝聚著謝老師的心血和汗水。在我的畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，謝老師為我提供了種種專業(yè)知識上的指導(dǎo)和一些富于發(fā)明性的建議。謝老師一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度使我深受感動(dòng)。沒有這樣的幫助和關(guān)懷和熏陶，我不會(huì)這么順利的完畢畢業(yè)設(shè)計(jì)。在此向謝禹均專家表達(dá)深深的感謝和崇高的敬意！同時(shí)，在我學(xué)習(xí)ANSYS軟件期間，機(jī)械工程學(xué)院的蔡永梅老師和劉復(fù)民學(xué)長也提供了不少幫助。他們不厭其煩的解答我的問題，對我的畢業(yè)設(shè)計(jì)也提出了許多建設(shè)性意見。在此對他們表達(dá)我衷心的感謝！在臨近畢業(yè)之際，我還要借此機(jī)會(huì)向?qū)W校各位領(lǐng)導(dǎo)，賈蔚專家，楊勇老師，張瑞軍老師，秦曉博老師以及在這四年中給予我諸多教導(dǎo)和幫助的各位老師表達(dá)由衷的謝意，感謝他們四年來的辛勤栽培。沒有他們的辛勤教導(dǎo)和無私奉獻(xiàn)，就沒有我今天的成績。不積跬步何以至千里，正是各位老師認(rèn)真負(fù)責(zé)和悉心幫助，我才可以很好的掌握和運(yùn)用專業(yè)知識，并在設(shè)計(jì)中得以體現(xiàn)，順利完畢畢業(yè)論文。同時(shí)，在論文寫作過程中，我還參考了有關(guān)的書籍和論文。在這里一并向有關(guān)的作者表達(dá)謝意?；厥妆救说那髮W(xué)生涯，父母的支持是本人最大的動(dòng)力。父母不僅在經(jīng)濟(jì)上承受了巨大的承擔(dān)，在心里上更有思子之情的煎熬與望子成龍的期待。憶往昔，每次回到家時(shí)父母的欣喜之情，每次離家時(shí)父母的依依不舍之眼神，電話中的殷殷期待和思念之語，皆使本人刻苦銘心，目前除了學(xué)習(xí)成績尚可外無認(rèn)為報(bào)，希望以后的學(xué)習(xí)、工作和生活能使父母寬慰。再次感謝各位老師和同學(xué)，祝你們身體健康，工作順利，學(xué)習(xí)進(jìn)步！祝母校的明天更加燦爛輝煌！

附錄1上封頭處各途徑應(yīng)力分析結(jié)果(1)途徑PATH1-1PRINTLINEARIZEDSTRESSTHROUGHASECTIONDEFINEDBYPATH=PATH1-1DSYS=0*****POST1LINEARIZEDSTRESSLISTING*****INSIDENODE=361OUTSIDENODE=227LOADSTEP1SUBSTEP=1TIME=1.0000LOADCASE=0**AXISYMMETRICOPTION**RHO=0.24762E+14THEFOLLOWINGX,Y,ZSTRESSESAREINSECTIONCOORDINATES.**MEMBRANE**SXSYSZSXYSYZSXZ0.509412.1585.02-14.550.0000.000S1S2S3SINTSEQV85.0222.00-9.33894.3683.24**BENDING**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZI-15.50-11.4617.680.0000.0000.000C-7.292-0.76220.1595E-100.0000.0000.000O0.91329.937-17.680.0000.0000.000S1S2S3SINTSEQVI17.68-11.46-15.5033.1831.36C0.000-0.7622-7.2927.2926.943O9.9370.9132-17.6827.6224.39**MEMBRANEPLUSBENDING**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZI-14.990.6930102.7-14.550.0000.000C-6.78311.3985.02-14.550.0000.000O1.42322.0967.34-14.550.0000.000S1S2S3SINTSEQVI102.79.379-23.67126.4113.5C85.0219.46-14.8599.8787.89O67.3429.60-6.08873.4363.60**PEAK**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZI0.0002.5293.11712.450.0000.000C11.89-2.066-1.297-4.6130.0000.000O0.0000.78291.6189.3010.0000.000S1S2S3SINTSEQVI13.773.117-11.2525.0221.75C13.27-1.297-3.45316.7315.76O9.7001.618-8.91818.6216.17**TOTAL**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZI-14.993.222105.8-2.1020.0000.000C5.1049.32683.72-19.160.0000.000O1.42322.8768.96-5.2470.0000.000S1S2S3SINTSEQVTEMPI105.83.462-15.23121.0112.90.000C83.7226.49-12.0695.7983.48O68.9624.090.207868.7560.460.000(2)途徑PATH1-2PRINTLINEARIZEDSTRESSTHROUGHASECTIONDEFINEDBYPATH=PATH1-2DSYS=0*****POST1LINEARIZEDSTRESSLISTING*****INSIDENODE=346OUTSIDENODE=232LOADSTEP1SUBSTEP=1TIME=1.0000LOADCASE=0**AXISYMMETRICOPTION**RHO=0.25253E+14THEFOLLOWINGX,Y,ZSTRESSESAREINSECTIONCOORDINATES.**MEMBRANE**SXSYSZSXYSYZSXZ3.18521.67115.7-14.930.0000.000S1S2S3SINTSEQV115.729.99-5.130120.8107.6**BENDING**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZI-18.95-62.8819.300.0000.0000.000C-10.74-4.4590.2318E-100.0000.0000.000O-2.53853.96-19.300.0000.0000.000S1S2S3SINTSEQVI19.30-18.95-62.8882.1871.23C0.000-4.459-10.7410.749.348O53.96-2.538-19.3073.2666.49**MEMBRANEPLUSBENDING**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZI-15.76-41.21135.0-14.930.0000.000C-7.55817.21115.7-14.930.0000.000O0.646975.6396.35-14.930.0000.000S1S2S3SINTSEQVI135.0-8.871-48.10183.1166.9C115.724.23-14.57130.2115.8O96.3578.50-2.21698.5790.96**PEAK**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZI0.1776E-1424.2012.4913.680.0000.000C15.05-12.55-6.124-4.0720.0000.000O0.3331E-1531.685.80214.980.0000.000S1S2S3SINTSEQVI30.3712.49-6.16736.5331.64C15.64-6.124-13.1328.7725.99O37.645.802-5.95843.6039.07**TOTAL**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZI-15.76-17.01147.4-1.2440.0000.000C7.4944.668109.5-19.000.0000.000O0.6469107.3102.20.4673E-010.0000.000S1S2S3SINTSEQVTEMPI147.4-15.00-17.78165.2163.90.000C109.525.13-12.97122.5108.6O107.3102.20.6469106.7104.20.000(3)途徑PATH1-3PRINTLINEARIZEDSTRESSTHROUGHASECTIONDEFINEDBYPATH=PATH1-3DSYS=0*****POST1LINEARIZEDSTRESSLISTING*****INSIDENODE=3625OUTSIDENODE=135LOADSTEP1SUBSTEP=1TIME=1.0000LOADCASE=0**AXISYMMETRICOPTION**RHO=0.34452E+14THEFOLLOWINGX,Y,ZSTRES