基于ANSYS的球形压力容器的结构强度可靠性分析

?必威动态 ????|???? ?2019-08-04 11:01


  在化工生产中,许多设备由于特定工作环境所限,需要考虑高温、高压、腐化侵蚀 、污染、冲蚀等恶劣(liè)的工况条件,比如反应釜、加氢反应器等。因此对产品的安全性提出了更高的要求,而研宄其结构强度的可靠性也就具有重要的现实意义。球形压力容器是石油化工、国防、能源(说明:向自然界提供能量转化的物质)、纺织、制药等行业常用的特种设备,其可靠性是一个重要指标。目前,化工设备的设计有两种可选择的方法。一种是传统设计法:假设各设计变量为确定量,依据给定的安全系数进行设计。另一种是可靠性设计法:假设各设计变量为随机变量,依据可靠度和失效概率进行设计,称为概率设计。本文利用ANSYS概率分析功能建立了该结构的概率分析文件,从而完成了其可靠性分析。
  1基于ANSYS的可靠性分析ANSYSApp提供的概率分析设计功能能够从有限元的角度,计算非确定性输入参数对结构性能的影响,或者确定有限元分析的某些计算结果不满足用户指定设计准则的概率,从而实现“可靠性”设计。同时,PDS自动计算分析结果对各个输入参数的敏感度,以此确定出影响产品性能的关键因素。
  以ANSYS进行可靠性分析时,其过程由以下主要步骤组成:生成分析文件、可靠性分析阶段、结果后处理。不锈钢储罐密封性好;密封式设计彻底杜绝了空气飘尘中有害物质和蚊虫入侵罐内,确保水质不受外界污染和滋生红虫。ANSYS可靠性分析数据流向如所示。
  理工程师。储气罐专门用来储存气体的设备,同时起稳定系统压力的作用,根据储气罐的承受压力不同可以分为高压储气罐,低压储气罐,常压储气罐。大2球形压力容器参数描述及有限元模型建立如所示,处于设计状态的球形压力容器,其材料的弹性模量为ZxioPa泊松比为0.1在其内壁承受均匀的内压,假设各项制造参数均服从正态分布,尺寸单位为。根据弹性力学理论,由于球形压力容器的对称性,可以把其模型简化为平面应力问题,而且可以只取一半进行计算,如所示。在ANSYS中计算的具体结构参数如表2所示。
  表1随机输入变量的概率分布类型及参数变量名称变量符号分布类型参数1参数2内径D正态分布壁厚t正态分布工作压力p正态分布屈服强度R正态分布表2结构参数参量参数说明材料的弹性模量材料的泊松比容器的内径均值容器的壁厚均值容器的内压均值罐体壁厚材料屈服极限均值初值极限状态3压力容器可靠度准则及计算方法的选择本文以球形压力容器的材料屈服极限、容器几何尺寸和载荷为随机变量,计算结构的可器在使用过程中不出现应力超过屈服的事件发生,如果应力超过屈服强度则认为失效。失效准则为:力,为材料的屈服强度。
  =s-max贫  目前解决复杂结构可靠度问题的常用方法有蒙特卡洛法和面响应法。随着计算机性能的逐渐提高,蒙特卡洛法模拟已成为目前可靠度分析结果正确性验证的主要手段。采用此方法时,只要建模准确,模拟次数越多,精度就越高。本文采用的计算方法是蒙特卡洛法中的拉丁超立方法。
  4结构可靠度分析可以直接从ANSYS概率分析结果中看出在置信度为95%的情况下,g  Z在置信度95%的情形下分布图大家可以对输出变量进行灵敏度分析,表3显示了变换随机参数进行结构强度可靠度对各参数的灵敏度分析结果。
  表3可靠度的参数灵敏度(Sensitivity)分析(Analyse)结果输入参数可靠度灵敏度0根据表3给出的灵敏度分析结果,可以清楚地了解各参数对容器可靠度的影响。不锈钢储罐有较强的耐腐性,它不受外界空气及水中余氯腐蚀。每个球罐出厂前均经受超强的压力测试和检验,在常压下使用寿命可达100 年以上。同时,观察表3中数据(data)还可以看出:%s和,)的灵敏度均为负值,即容器的可靠度随着上述四个标准差的增大而降低(reduce)。这是因为在上述四个参数均值不变的情况下,其标准差增大,导致参数的分散性增加,并以其均值中心向两边发散因此导致容器的可靠度降低。
  的均值的灵敏度为负值,即容器的可靠度随着上述两个均值的增大而降低。这是因为容器的内径或内压增导致结构的等容器的可靠度对材料(Material)屈服极限和壁厚的均值(卩M的灵敏度为正值。即容器的可靠度随着上述两个均值的增大而升高。这是因为材料屈服极限均值的增加,会提高屈服极限大于容器最大等效应力的概率,从而导致容器可靠度的增高,而壁厚的增加会导致容器的整个应力水平降低,从而导致可靠度的增高。
  5结语在化工装备(Equipment)结构设计中,由于大量未知因素及参数的变化,用传统的统计方法很难正确处理,而且分析本身就是一个非常复杂的过程。
  利用面向对象程序设计技术,基于数值模拟方法编制APDL语言程序进行可靠性设计,将可靠度计算模块和ANSYSApp连接在一起,可以取得较好的分析效果。实践证明,APDL语言面向对象程序设计在解决结构可靠性分析问题中是有效的,是结构失效模式识别方法的一个重要组成部分,在科技发展的今天,其应用空间将得到进一步的拓展,利用有限元分析方法必将给化工装备结构设计带来新的发展,计算机辅助分析将是化工装备设计的未来发展方向。
  本文对球形压力容器进行了可靠度分析,得出了其可靠度值和分布图,并进行了可靠度对有关随机参数(parameter)的灵敏度分析,为球形压力容器的合理设计提供了科学依据。