Ansys在压力容器行业的典型应用（下）

压力容器热棘轮效应安定性分析

• 设计中的难点

‐ 平均应力和交变载荷联合作用时，每次循环可能使容器产生一个不可逆的塑性应变增量，当塑性应变值递增至材料塑性被耗尽时，就会发生断裂。这种断裂与一般的疲劳破坏不同，一般的疲劳虽也伴有局部的反复塑性变形，但不引起容器外形尺寸有宏观变化。棘轮效应却伴有应变的单向增量，引起容器直径逐步增大鼓胀。压力过大的波动会引起机械棘轮效应，热应力波动循环过大会引起热应力棘轮效应。在疲劳分析规范中给出了防止发生热应力棘轮效应的许可的最大循环热应力极限值计算方法

• Ansys技术方案

‐ 由于非线性随动强化准则可以模拟包辛格效应而适用于大应变和循环加载。它也能模拟棘轮效应和调整。WB中支持非线性随动强化准则中比较有名的Chaboche 随动强化模型 (CHAB)

• 推荐Ansys模块

‐ Ansys Mechanical Enterprise

裂纹参数评估，SMART裂纹扩展

输入条件

材料属性

裂纹几何特征

外载荷

结果与效果

✓应力强度因子，J积分，能量释放率

✓含裂纹的疲劳寿命

✓指定循环次数后的裂纹尺寸

压力容器接管处损伤容限分析

• 设计中的难点

‐ 现有的压力容器疲劳分析方法是以无缺陷的光滑试样疲劳试验为基础，总寿命包括裂纹萌生和扩展至断裂的各个阶段。实际构件很可能已存在初始微小裂纹或宏观裂纹，其寿命仅指疲劳裂纹扩展部分，原有的疲劳曲线方法就不适用。断裂力学在疲劳裂纹扩展中的应用提供了有效的方法，其寿命主要取决于疲劳裂纹扩展速率da/dN(a为裂纹尺寸)和断裂的临界裂纹尺寸ac。

• Ansys技术方案

‐ 围绕裂纹顶点的有限元单元应该是二次奇异单元，其中节点放到1/4边处。（这些单元称为奇异单元），Ansys经典划分奇异单元比较麻烦，在WB会比较方便。WB通过两种方式进行断裂力学网格划分，我们分别计算容器部件的某接管处产生初始裂纹后，应力强度因子和J积分，G能量释放率的计算。

• 推荐Ansys模块

‐ Ansys Mechanical Enterprise

催化两器-反应再生器应力水平分析

• 设计中的难点

‐ 催化两器-反应再生器是炼厂关键设备之一，近年来催化两器曾发生过多起裂纹引起的失效案例。为了降低两器设计应力水平，提高安全度，采用Ansys的热分析与结构分析以及耦合模块，对同轴式反应-再生器的整体结构、封头、筒体、裙座、封头、人孔与接管等部位进行了全面温度场模拟与应力分析，并适当调整了结构尺寸，达到了减低工作应力的目的。

• Ansys技术方案

‐ 采用Ansys Mechanical通过对接管处的应力详细评估，应力线性化，进行强度评定，修改实际结构，使得结构的可靠性进一步提高。

• 推荐Ansys模块

‐ Ansys Mechanical Enterprise