压力容器分析设计方法与工程应用PDF电子书下载

第一篇 概述篇 2

第1章 绪论 2

1.1 国际压力容器规范的进步 2

1.1.1 欧盟EN13445 2

1.1.2 美国ASMEⅧ-2 3

1.2 国内规范修订方向 3

1.3 计算机辅助工程的发展 5

1.4 分析设计发展趋势 8

第2章 分析设计方法概要 10

2.1 分析设计的基本概念 10

2.1.1 应力强度 10

2.1.2 总体结构不连续 11

2.1.3 局部结构不连续 11

2.1.4 法向应力 12

2.1.5 切应力 12

2.1.6 薄膜应力 12

2.1.7 弯曲应力 12

2.1.8 热应力 12

2.1.9 运行循环 14

2.1.10 应变循环 14

2.1.11 疲劳强度减弱系数 14

2.1.12 自由端位移 14

2.1.13 蠕变 14

2.1.14 塑性 14

2.1.15 塑性分析 14

2.1.16 棘轮效应 15

2.1.17 安定性 15

2.1.18 应力-应变曲线 15

2.2 压力容器的失效模式 16

2.3 分析设计考虑的失效模式 17

2.4 弹性分析与应力分类法概要 19

2.4.1 一次应力 19

2.4.2 一次总体薄膜应力 19

2.4.3 一次局部薄膜应力 20

2.4.4 一次弯曲应力 21

2.4.5 二次应力 21

2.4.6 峰值应力 22

2.4.7 总应力 22

2.4.8 应力分类 23

2.4.9 应力评定 26

2.4.10 应力分类及应力强度极限值 28

2.4.11 应力强度极限值的依据 30

2.4.12 应力分类遇到的问题 31

2.5 弹-塑性分析设计法概述 31

2.6 小结 32

第二篇理论篇 34

第3章 梁的弯曲 34

3.1 纯弯曲 34

3.1.1 横截面上的应力 34

3.1.2 纯弯曲和横力弯曲的概念 35

3.2 弯曲正应力 36

3.2.1 几何方面 36

3.2.2 物理方面 37

3.2.3 静力学关系 38

3.2.4 轴惯性矩 38

3.3 强度条件 38

3.4 纯弯矩作用下单位宽度矩形截面梁 39

3.5 拉伸和弯矩同时作用下矩形截面梁 41

3.6 截面形状系数 43

3.7 小结 43

第4章 弹性力学基础 45

4.1 弹性力学基本假设 45

4.1.1 连续性假设 45

4.1.2 完全弹性假设 45

4.1.3 均匀性假设 46

4.1.4 各向同性假设 46

4.1.5 小位移和小变形的假设 46

4.1.6 引入基本假设后的变化 46

4.2 弹性力学基本概念 47

4.2.1 外力 47

4.2.2 内力与应力 48

4.2.3 一点的应力状态 49

4.2.4 形变 50

4.2.5 位移 50

4.2.6 小结 50

4.3 弹性力学基本方程 51

4.3.1 平衡微分方程 51

4.3.2 几何方程 52

4.3.3 物理方程 52

4.4 边界条件 53

4.4.1 给定位移的边界 53

4.4.2 给定力的边界 54

4.4.3 混合边界条件 54

4.5 结构的对称性 54

4.6 弹性力学的一般定理 56

4.6.1 解的唯一性定理 56

4.6.2 解的叠加定理 56

4.6.3 虚位移原理 56

4.6.4 最小势能原理 56

4.6.5 外力功的互等定理 56

4.6.6 圣维南原理 56

4.7 热应力 57

4.7.1 计算热应力的必要参数 57

4.7.2 热应力的特点 60

4.7.3 热应力实例 60

4.8 讨论 64

4.9 小结 65

第5章 塑性力学基础 66

5.1 概述 66

5.2 塑性力学基本假设 67

5.3 变形路径对塑性变形和极限载荷的影响 67

5.4 屈服条件 67

5.4.1 屈服条件的概念 67

5.4.2 特雷斯卡屈服条件 68

5.4.3 米泽斯屈服条件 69

5.4.4 两种屈服条件的优缺点 69

5.5 强化模型与加载条件 69

5.6 小结 70

第6章 有限元法基础 71

6.1 基本方程的矩阵表示 72

6.2 基本原理 73

6.3 单元的位移模式和解的收敛性 75

6.4 单元的应变矩阵和应力矩阵 76

6.5 单元介绍 77

6.5.1 三维实体单元 78

6.5.2 轴对称单元 81

6.5.3 薄壳单元 84

6.5.4 划分单元注意事项 86

6.6 小结 87

第三篇 规范篇 90

第7章 塑性垮塌的评定 90

7.1 弹性应力分析方法 90

7.1.1 弹性应力分析步骤 90

7.1.2 应力线性化 91

7.1.3 应力分类的指导原则 93

7.1.4 载荷组合系数 96

7.1.5 接管应力评定 98

7.2 非弹性分析方法 98

7.2.1 极限载荷设计的概念 99

7.2.2 ASME极限载荷分析法 99

7.2.3 ASME弹-塑性应力分析法 101

7.2.4 JB 4732中的非弹性分析 103

7.3 小结 104

第8章 局部失效的评定 105

8.1 弹性分析法 105

8.2 弹-塑性分析法 105

8.2.1 评定步骤 105

8.2.2 累积损伤 107

8.3 小结 108

第9章 屈曲的评定 109

9.1 屈曲的定义 109

9.2 屈曲评定的三种方法 109

9.3 设计系数 110

9.4 小结 111

第10章 疲劳 113

10.1 疲劳分析免除 113

10.1.1 疲劳分析免除准则 113

10.1.2 疲劳分析免除的原理 114

10.2 疲劳曲线 116

10.3 三种疲劳评定方法简介 116

10.3.1 弹性疲劳分析法 116

10.3.2 弹-塑性疲劳分析法 118

10.3.3 等效结构应力法 118

10.4 小结 122

第11章 棘轮的评定 124

11.1 安定与棘轮的概念 124

11.2 弹性分析法 125

11.2.1 弹性安定的原理 125

11.2.2 弹性分析法的评定 127

11.2.3 简化的弹-塑性分析法 128

11.2.4 热应力棘轮评定 128

11.3 热应力棘轮评定方法修订的解读 129

11.3.1 ASMEⅧ-2（2013版）中的修订 130

11.3.2 原评定方法的制定依据 130

11.3.3 布里法的不足 132

11.3.4 考虑热薄膜和弯曲应力的棘轮边界 132

11.3.5 ASMEⅧ-2（2013版）修订时的考虑 136

11.3.6 修订要点小结 138

11.4 弹-塑性分析法 139

11.4.1 弹-塑性分析法的评定 139

11.4.2 弹性核 140

11.5 评定方法的回顾 143

11.5.1 弹性方法 144

11.5.2 弹塑性方法 144

11.6 小结 146

第12章 蠕变疲劳的评定 147

12.1 蠕变疲劳的概念 147

12.1.1 蠕变 148

12.1.2 疲劳 148

12.1.3 蠕变疲劳 148

12.1.4 韧性 149

12.1.5 安定性 149

12.2 蠕变疲劳设计的理论基础 150

12.2.1 蠕变疲劳的试验方法 150

12.2.2 常用的蠕变疲劳设计方法 151

12.3 核电行业中的蠕变疲劳工程设计方法 156

12.3.1 ASMEⅢ-NH 156

12.3.2 R5规程 156

12.3.3 RCC-MR 157

12.4 化工行业中的蠕变疲劳工程设计方法 157

12.4.1 API 579 157

12.4.2 ASME规范案例2605 158

12.5 小结 160

第四篇 实例篇 162

第13章 基于子模型技术的斜接管应力分析实例 162

13.1 设计条件 162

13.2 几何模型 164

13.3 网格划分 164

13.4 加载求解 165

13.5 子模型技术 165

13.5.1 创建子模型 165

13.5.2 修改几何模型 166

13.5.3 重新划分网格 166

13.5.4 重新设置边界条件 167

13.5.5 求解并查看结果 168

13.6 小结 169

第14章 球罐分析实例 170

14.1 GB 12337—2014要点简介 170

14.2 载荷分析 171

14.3 载荷工况组合 171

14.4 边界条件 171

14.4.1 压力载荷 171

14.4.2 自重载荷 172

14.4.3 风载荷 172

14.4.4 地震载荷 173

14.4.5 位移边界 173

14.5 应力评定 173

14.6 丙烯球罐的整体分析 174

14.6.1 设计条件 174

14.6.2 几何模型 176

14.6.3 网格划分 177

14.6.4 载荷条件 178

14.6.5 求解计算 179

14.6.6 应力评定 180

14.7 小结 180

第15章 疲劳设备分析实例 182

15.1 概述 182

15.2 设计条件 183

15.3 结构分析 184

15.4 应力计算结果 187

15.5 应力强度评定 188

15.6 最大应力点疲劳评定 189

15.7 结论 190

15.8 小结 191

第16章 高压容器局部结构分析实例 192

16.1 简介 192

16.2 设计条件 192

16.3 结构分析 194

16.4 应力分析计算 194

16.4.1 筒体与接管的模型 194

16.4.2 顶部平盖模型 196

16.5 应力强度评定 200

16.6 结论 200

16.7 小结 200

第17章 塔器风载荷时程分析实例 201

17.1 塔器的受载特点 201

17.2 自振特性 202

17.2.1 概念介绍 202

17.2.2 乙烯塔固有频率和振型计算 202

17.3 风载荷时程分析 206

17.3.1 风的特性与简化 206

17.3.2 脉动风荷载时程 208

17.3.3 顺风向的风振响应分析 210

17.4 小结 214

第18章 裙座热应力分析实例 215

18.1 裙座热应力概述 215

18.2 裙座热应力分析 216

18.2.1 设计条件及结构参数 216

18.2.2 温度场分析 216

18.2.3 热应力和机械应力分析 221

18.3 小结 225

第19章 高压换热器强度分析实例 226

19.1 设计条件及结构参数 226

19.2 换热器有限元模型 227

19.2.1 几何模型 227

19.2.2 网格划分 228

19.2.3 边界条件 228

19.2.4 求解 231

19.3 小结 233

第20章 设备抗震分析实例 234

20.1 抗震分析的相关概念 234

20.1.1 振子模型 234

20.1.2 反应谱 235

20.1.3 标准反应谱 236

20.1.4 楼层反应谱的生成 237

20.2 抗震分析四种理论 237

20.2.1 静力理论 237

20.2.2 动力理论 238

20.2.3 反应谱理论 238

20.2.4 时间历程响应 239

20.3 模型的选取 240

20.4 解耦条件 240

20.5 载荷组合 241

20.6 折减系数 241

20.7 许用限值 243

20.8 大型气化炉地震响应的时程分析 243

20.8.1 设计条件 243

20.8.2 几何模型 244

20.8.3 边界条件 245

20.8.4 求解 247

20.8.5 结论 253

20.9 小结 253

第21章 储罐罐顶的屈曲分析实例 254

21.1 罐顶失稳原因 254

21.1.1 罐顶外载荷的分析 254

21.1.2 施工原因 255

21.2 球面网壳形式 255

21.3 有限元分析的依据 256

21.3.1 有限元分析一般要求 256

21.3.2 网壳的稳定性分析 257

21.4 带施工缺陷的罐顶屈曲分析 257

21.4.1 设计条件 257

21.4.2 分析要求简析 258

21.4.3 几何模型 259

21.4.4 载荷条件 260

21.4.5 模型计算假定 260

21.4.6 线性屈曲分析与初始缺陷施加 261

21.4.7 非线性分析 263

21.5 小结 267

第22章 基于弹性核准则的棘轮评定实例 268

22.1 几何尺寸 268

22.2 模型和分析方法 268

22.3 边界条件 269

22.4 分析结果 271

22.5 小结 274

第23章 ASME Code Case 2605蠕变疲劳分析实例 276

23.1 设计条件 276

23.2 最大一次静载下的强度校核 279

23.3 蠕变疲劳的安定性校核 282

23.4 稳态蠕变寿命计算 286

23.5 蠕变疲劳寿命计算 287

23.6 小结 288

第五篇 软件篇 290

第24章 ANSYS Workbench平台 290

24.1 添加材料 290

24.2 几何建模 291

24.3 接触类型 291

24.4 网格划分 294

24.5 分析设置 295

24.5.1 Step Controls 296

24.5.2 Solver Controls 296

24.5.3 Anglysis Data Management 296

24.6 载荷与约束 297

24.7 模型求解 299

24.8 后处理 300

24.8.1 结果查看 300

24.8.2 应力精度的原理 300

24.8.3 各种应力结果的含义 303

24.9 小结 307

参考文献 308