有限元法在压力容器行业的应用现状
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压力容器设计圈
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GB150-151
国标、美标、欧标压力容器规则设计和分析设计分享；服务于设计审批考试。
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#应力分析
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在压力容器行业，有限元法的采用也越来越受到重视。尤其是在1995年，全国锅炉压力容器标准化技术委员会发布了JB4732－1995《钢制压力容器分析设计标准》，并于2005年标准复审会议进行确认，有限元法的应用更是上了一个台阶。JB4732和GB/T 150最大的区别是：设计者可以不再受常规设计标准的束缚，可以从结构形式上进行大胆的创新，即使是属于常规设计的范围内的容器，也可以用分析设计的手段来进行设计。这样，可以保证设备更安全，更经济，更适合工艺的要求，可以进行创新设计而不再受常规设计的很多束缚。而进行分析设计的最有效和最实用的工具就是通过有限元法应力分析。
我们知道GB/T 150已经在2011年发布新版本，但是分析设计的标准从2005年确定后一直都没有更新，随着近些年我国工业领域高速发展以及最新法律法规的颁布实施，1995版的分析设计标准已经无法适应压力容器行业技术的现实需求。最近从容标委传出分析设计标准要重新修订的消息。这意味着我国压力容器的设计将迈向一个新的台阶。
结构离散化：用点、线或面把结构剖分为有限个离散单元体，并在单元指定点设置节点，研究单元的平衡和变形协调，形成单元平衡方程。
单元集合：把所有离散的有限个单元集合起来代替原结构，形成离散结构节点的平衡方程 。
压力容器主要的结构形式为回转壳，当然最典型的是柱壳（常称为筒体）和球壳（球罐和封头等）。
常见的结构主要特点是：
开孔、支撑、加强构件等；
壳体的厚度远小于壳体的曲率半径；
结构不规则；
异种材料连接等。
根据其结构形式的主要特点和用途还可以进一部分类为：
塔式容器、卧式容器、换热器、球罐等。
1) 压力：这是最重要的载荷形式，包括内压和外压；
2) 热载荷：
主要是由于温度梯度引起来的热应力；
3) 力和力矩：设备管道传给设备的外力，附加载荷等
5) 风载荷：对于一些塔式容器和球罐，风载荷也是主要考虑的载荷；
静力，动力，屈曲，疲劳，线弹性，弹塑性，非线性接触等。
1) 分析设计 由于产品的安全性和经济性的要求，这种应用需求是最广泛的。根据标准的要求，设计者可以借助有限元法来解决容器的结构强度、稳定性及寿命（疲劳）的设计问题。
2) 标准研究 借助于有限元法，可以对现行的标准进行了具体的专项研究，比如研究球罐支腿和球壳的不同的连接（传统的和几中新的结构形式）方式对各种载荷下应力分布的影响。研究在各种载荷下，由于支腿位置和方位不同而对应力分布的影响等。
3) 超规范结构设计局部验算 大开孔问题，特殊结构（如夹套，切向接管等等结构结构），整个容器结构可以按照常规设计标准设计，但局部仍需要进行有限元法分析得到其应力强度得分布，强度上满足标准要求。进行了像对凸圆这种新“人孔”结构型式应力分布状况的研究等等。
4) 在役设备寿命的评估 当发现在役设备有缺陷后，是否可以继续使用？是否可降低条件使用？还可以用多少年等，是很多老企业所关心的问题。借助有限元法分析就可以解决这些问题。
纵观我国各行各业的有限元法应用，压力容器行业的应用还是显得初级和不够普及，原因是多方面的：
1. 设计收费的方式阻碍了有限元法的应用设计收费按照投资和造价的比例收取，而不是国际上普遍采用的项目总承包方式。
2. 设计过程的仓促和设计思想的理念阻碍了有限元法的应用拿到任务到出图时间都很短促，这样，使得设计人员没时间去思考设计的细节。从设计理念上，目的仅仅是为了完成任务
压力容器行业的有限元法应用还局限于线弹性分析居多，没有发挥有限元法软件强大的功能，应用的只是有限元法的一些基本功能。
国内的压力容器分析设计标准JB4732也涉及到了极限载荷等分析方法，国外的标准也涉及到了这方面的内容。以后应该在这方面进行更多的工作，以使设备设计的更安全、更合理、更经济。
国际上，本行业的设计水平要普遍高于我国的水平，原因也是多方面的。
国际上普遍采用项目总承包的方式，做为设计者，要在保证设备安全的前提下，尽可能的要保证设计的经济性，国外的企业已经越来越多的把极限载荷的分析设计方法应用到了容器的分析设计中了。
在这个以技术为先导的社会，高级的分析技术将会越来越广泛地应用各个领域。对压力容器行业而言，压力容器的分析设计将会广泛地采用。做为分析设计最有力和最有效手段的有限元法应力分析将会更广泛地应用到各个工程当中去。
在数年前，软硬件的价格相对于人员收入来讲是很昂贵的。随着经济能力的提高，计算机软硬件价格的降低，很多企业都储备了很强的经济实力，现在企业已经配备了很好的软硬件条件。若进一步注重人才的培养和知识的储备，设计水平将到达一个新的阶段。
项目总承包越来越广泛的被国内的各个企业所接纳。国内的很多企业也采用项目总承包的方式承接了很多国内外大型项目的设计任务。几乎所有涉外的项目无一例外的要求承包方要有限元法于分析的能力。随着国内外企业间的联系和合作的多样性和紧密性的加强，相信国内压力容器行业的有限元法在应用将会更普及。充分利用有限元法这个工具，设计出技术含量更高，更安全，更经济的产品。
有限元法已经在压力容器的分析设计中发挥了非常重要的作用。有限元法在压力容器行业还会有更广大的空间。
焊接过程中的残余应力研究，充分指导我们的容器的焊接过程；
进一步分析液体球罐、大型原油储罐等在地震等作用下，液体对罐壁的冲击影响，进一步研究地震对设备的影响，使得这些大型设备的设计更安全更经济；
对于加氢反应器、焦炭塔及其它设备在开车、停车等瞬态过程中的应力进行分析，以解决一些设备在这些过程中的设备损害。
对于新兴的缠绕管式换热器管板的研究，使得大型多股流缠绕管换热器的管板的设计更加经济合理。
总之，在各个方面都预示着，有限元法在压力容器的设计制造等各个环节将发挥着重要作用。可以乐观的估计，随着分析设计标准的重新修订，在不远的将来，有限元法将非常广泛地应用到压力容器行业的各个领域，有限元法将为我国的压力容器设计水平赶超国际先进水平而发挥重要的作用。
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