牛！分析設(shè)計(jì)的載荷計(jì)算程序，可下載，大大提高分析效率
用于壓力容器的分析設(shè)計(jì)的相關(guān)載荷計(jì)算程序編制說(shuō)明書(shū)
編制：王強(qiáng)
在進(jìn)行壓力容器的分析設(shè)計(jì)時(shí)，分析步驟是：建立模型，劃分網(wǎng)格，施加邊界條件，求解，后處理，應(yīng)力分類(lèi)的線性化評(píng)定。
而針對(duì)邊界條件，其力學(xué)邊界無(wú)非包含下面幾項(xiàng)：
設(shè)計(jì)內(nèi)壓載荷；溫度載荷；接管端面由內(nèi)壓產(chǎn)生的等效壓力；法蘭螺柱面的等效壓力；法蘭墊片面的等效壓力；卡箍快開(kāi)結(jié)構(gòu)的載荷；移動(dòng)式壓力容器的等效密度法與平均壓強(qiáng)法相關(guān)載荷邊界計(jì)算等等。
針對(duì)上述提到的力學(xué)邊界條件，如果模型中的開(kāi)孔接管數(shù)量較多，只在命令流中編寫(xiě)每一接管的相關(guān)載荷計(jì)算的話，容易記不清相關(guān)的參數(shù)代表哪一個(gè)接管的，并且編制命令流時(shí)容易混淆它們，還有一點(diǎn)不足之處便是這些內(nèi)容會(huì)使ANSYS軟件的運(yùn)行速度減慢。綜合以上因素，我特意編制了這一款程序，給壓力容器的分析設(shè)計(jì)工作帶來(lái)了很大的便利。
本程序可將計(jì)算結(jié)果導(dǎo)出Word中，可以將其復(fù)制到分析報(bào)告中，省去重新制作表格的時(shí)間。軟件總體圖見(jiàn)下圖1所示。
圖1.分析設(shè)計(jì)載荷計(jì)算軟件
1.接管端面內(nèi)壓等效力：
接管等效力公式為：
Pn=-Pi*(Do-2*Dt)2/(Do2-(Do-2*Dt)2)
相應(yīng)的命令流如下圖1所示。
Do---接管外徑
Dt----接管壁厚
Pi----設(shè)計(jì)內(nèi)壓
圖2.接管等效力計(jì)算
2.纏繞墊、非金屬平墊片密封的窄面法蘭載荷計(jì)算
模型中建立螺栓孔時(shí)，螺栓孔的內(nèi)徑為螺栓孔直徑大小，螺栓孔的外徑為螺母的Dw值，此值參考HG/T20634-2009的435頁(yè)自動(dòng)輸入。
墊片基本密封寬度數(shù)值詳見(jiàn)GB/T150.3-2011，軟件會(huì)自動(dòng)計(jì)算。
墊片特性參數(shù)—系數(shù)與比壓力，參見(jiàn)GB/T150.3-2011。
注：接管法蘭載荷計(jì)算（取操作狀態(tài)下的載荷）--采用GB/T 150-20117.5節(jié)的公式P192頁(yè)
預(yù)緊狀態(tài)：法蘭墊片面載荷 FG =3.14DGby；法蘭螺栓面載荷 WG = 3.14DGby
操作狀態(tài)：法蘭墊片面載荷 FP =6.28DGbmPc；法蘭螺栓面載荷 WP = 6.28DGbmPc+0.785DG2Pc
1. 螺栓等效壓力公式為PL=, 以下類(lèi)同，其中：
DG---墊片壓緊力作用中心圓直徑；
b---墊片有效密封寬度；
m---墊片系數(shù)；
SL---螺栓等效圓總面積；
2.墊片等效壓力公式為PD=, 以下類(lèi)同，其中：
SD---墊片等效圓面積；
圖3：螺母的Dw值
圖4：墊片基本密封寬度數(shù)值
圖5：墊片特性參數(shù)—系數(shù)與比壓力
圖6：窄面法蘭—纏繞墊計(jì)算界面
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遵循規(guī)范：GB/T 150-2011 |
設(shè)備名稱 |
%%%% |
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|
設(shè)計(jì)壓力 pc |
2.5 |
MPa |
螺栓數(shù)量 n |
16 |
個(gè) |
|||
|
墊片 |
接觸外徑 |
317.5 |
mm |
接觸內(nèi)徑 |
274.6 |
mm |
當(dāng)b0≤6.4mm時(shí) b= b0 當(dāng)b0≥6.4mm時(shí)b=2.53 |
|
|
接觸寬度 N |
21.45 |
mm |
基本密封寬度 b0 |
10.73 |
mm |
|||
|
有效密封寬度b |
8.29 |
mm |
墊片壓緊力作用中心圓直徑DG |
300.93 |
mm |
|||
|
墊片比壓力 y |
69 |
MPa |
墊片系數(shù)m |
3.0 |
||||
|
操作狀態(tài)下螺栓載荷wp |
295178.6 |
N |
操作狀態(tài)下墊片壓緊力Fp |
117462.6 |
N |
|||
|
建模時(shí)墊片接觸面外徑 |
309.21 |
mm |
螺栓作用環(huán)面外徑 |
50.8 |
mm |
|||
|
建模時(shí)墊片接觸面內(nèi)徑 |
292.64 |
mm |
螺栓作用環(huán)面內(nèi)徑 |
36 |
mm |
|||
|
操作狀態(tài)下墊片接觸面壓力 |
14.99 |
MPa |
操作狀態(tài)下螺栓作用環(huán)面等效力 |
18.28 |
MPa |
|||
|
預(yù)緊狀態(tài)下墊片接觸面壓力 |
68.97 |
MPa |
預(yù)緊狀態(tài)下螺栓作用環(huán)面等效力 |
33.47 |
MPa |
|||
|
操作狀態(tài)下墊片接觸面壓力(ASME) |
15.00 |
MPa |
操作狀態(tài)下螺栓作用環(huán)面等效力(ASME) |
11.01 |
MPa |
|||
3.金屬環(huán)墊片密封的窄面法蘭載荷計(jì)算
本部分根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的墊環(huán)號(hào)自動(dòng)輸入密封面平均直徑和墊片的基本密封寬度數(shù)值，法蘭與環(huán)號(hào)R對(duì)照表參照HG/T20633-2009標(biāo)準(zhǔn)。程序?qū)?/span>GB150-2011表C.7八角墊和橢圓墊系列結(jié)構(gòu)尺寸錄入程序內(nèi)部，只需要選擇墊環(huán)號(hào)就自動(dòng)輸出想要的計(jì)算數(shù)據(jù)。
圖7：法蘭與墊環(huán)號(hào)R對(duì)照表
圖8：金屬環(huán)墊片的計(jì)算界面
注：接管法蘭載荷計(jì)算（取操作狀態(tài)下的載荷）--采用GB/T 150-2011節(jié)的附錄C公式Page279.
預(yù)緊狀態(tài)：法蘭墊片面載荷 FG =3.14DGby；法蘭螺栓面載荷 WG = 3.14DGby
操作狀態(tài)：法蘭墊片面載荷 FP =6.28DGbmPc；法蘭螺栓面載荷 WP = 6.28DGbmPc+0.785DG2Pc
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遵循規(guī)范：GB/T 150-2011 |
設(shè)備名稱 |
%%%% |
||||||
|
設(shè)計(jì)壓力 pc |
2.5 |
MPa |
螺栓數(shù)量 n |
16 |
個(gè) |
|||
|
金屬環(huán)形墊 |
墊環(huán)號(hào) |
R51 |
當(dāng)b0≤6.4mm時(shí) b= b0 當(dāng)b0≥6.4mm時(shí)b=2.53 |
|||||
|
接觸寬度 ω |
22.24 |
mm |
基本密封寬度 b0 |
2.78 |
mm |
|||
|
有效密封寬度b |
2.78 |
mm |
墊片壓緊力作用中心圓直徑DG |
279.4 |
mm |
|||
|
墊片比壓力 y |
69 |
MPa |
墊片系數(shù)m |
3.0 |
||||
|
操作狀態(tài)下螺栓載荷wp |
189785.4 |
N |
操作狀態(tài)下墊片壓緊力Fp |
15 |
N |
|||
|
建模時(shí)墊片接觸面外徑 |
282.18 |
mm |
螺栓作用環(huán)面外徑 |
50.8 |
mm |
|||
|
建模時(shí)墊片接觸面內(nèi)徑 |
276.62 |
mm |
螺栓作用環(huán)面內(nèi)徑 |
36 |
mm |
|||
|
操作狀態(tài)下墊片接觸面壓力 |
14.99 |
MPa |
操作狀態(tài)下螺栓作用環(huán)面等效力 |
11.76 |
MPa |
|||
|
預(yù)緊狀態(tài)下墊片接觸面壓力 |
68.97 |
MPa |
預(yù)緊狀態(tài)下螺栓作用環(huán)面等效力 |
10.42 |
MPa |
|||
|
操作狀態(tài)下墊片接觸面壓力(ASME) |
15.00 |
MPa |
操作狀態(tài)下螺栓作用環(huán)面等效力(ASME) |
9.49 |
MPa |
|||
4. 透鏡墊密封的螺紋法蘭載荷計(jì)算
圖9：透鏡墊密封的螺紋法蘭載荷計(jì)算界面
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)HG/T20582-2011中17節(jié)透鏡墊密封的高壓螺紋法蘭的設(shè)計(jì)和計(jì)算的規(guī)定，操作狀態(tài)下最小螺栓載荷按式（4）計(jì)算。
墊片載荷按式（5）計(jì)算。
|
透鏡墊密封的載荷計(jì)算 |
計(jì)算單位 |
中航黎明錦西化工機(jī)械（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 |
||||||
|
HG/T 20582-2011 第17部分 |
簡(jiǎn)圖 |
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|
計(jì)算壓力pc |
30 |
MPa |
|
|||||
|
主
螺
栓 |
螺栓孔直徑dB |
74 |
mm |
|||||
|
螺母直徑dr |
96.9 |
mm |
||||||
|
螺栓孔數(shù)量n |
8 |
個(gè) |
||||||
|
透
鏡
墊
密
封 |
透鏡墊外徑d0 |
333 |
mm |
摩 擦 角 |
8.5 |
|||
|
透鏡墊接觸圓直徑 dk |
275.00 |
mm |
鋼-銅 |
|||||
|
透鏡墊內(nèi)徑di |
246 |
mm |
鋼-鋼 |
|||||
|
透鏡墊彈性模量E |
160000 |
MPa |
鋼-鋁 |
|||||
|
夾角 |
70 |
度 |
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|
余角β |
20 |
度 |
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|
墊片載荷 N |
操作 |
校核結(jié)果 合格 |
||||||
|
螺栓載荷 N |
操作 |
WL = Pi * (Tdk ^ 2) * pai / 4 + Wp =3361195.91 |
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|
操作狀態(tài)下螺栓作用環(huán)面等效壓力 PL |
209.15 |
MPa |
||||||
|
操作狀態(tài)下墊片接觸面壓力 PD |
84.96 |
MPa |
||||||
注：本部分依據(jù)HG/T20582-2011 第17 透鏡墊密封的高壓螺紋法蘭的設(shè)計(jì)和計(jì)算編制。
5. 非圓型法蘭載荷計(jì)算
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)HG/T20582-2011中12節(jié)非圓形法蘭的設(shè)計(jì)和計(jì)算的規(guī)定，非圓形法蘭包括矩形法蘭、橢圓形法蘭或長(zhǎng)圓形法蘭。壓力容器的旋風(fēng)分離器中多為矩形法蘭，壓力容器的非標(biāo)視鏡多為長(zhǎng)圓形法蘭。
|
矩形法蘭載荷計(jì)算 |
計(jì)算單位 |
中航黎明錦西化工機(jī)械（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 |
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|
設(shè)計(jì)條件 |
簡(jiǎn)圖 |
|||||||||
|
計(jì)算壓力pc |
0.5 |
MPa |
|
|||||||
|
主 螺 栓 |
螺栓孔直徑dB |
16 |
mm |
|||||||
|
螺母直徑dr |
21.1 |
mm |
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|
螺栓孔數(shù)量n |
8 |
個(gè) |
||||||||
|
矩形法蘭 |
墊片平均密封面的長(zhǎng)軸長(zhǎng)度Dm1 |
319 |
mm |
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|
墊片平均密封面的短軸長(zhǎng)度Dm2 |
240 |
mm |
||||||||
|
法蘭內(nèi)側(cè)的長(zhǎng)軸長(zhǎng)度Di1 |
310 |
mm |
||||||||
|
法蘭內(nèi)側(cè)的短軸長(zhǎng)度Di2 |
231 |
mm |
||||||||
|
墊片常數(shù)K1 B12.2-1 |
120 |
mm |
||||||||
|
墊片常數(shù)K2 B12.2-1 |
24 |
|||||||||
|
螺栓溫度校正系數(shù)K3 B12.2-2 |
0.90 |
|||||||||
|
當(dāng)量系數(shù)K4 B12.2-3 |
1.00 |
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|
墊片接觸面實(shí)際寬度b |
0 |
mm |
||||||||
|
墊片計(jì)算有效寬度be |
8.44 |
mm |
||||||||
|
法蘭密封范圍內(nèi)的受壓面積A |
76560 |
mm 2 |
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|
法蘭內(nèi)側(cè)范圍內(nèi)的受壓面積Ai |
71610.00 |
mm 2 |
||||||||
|
當(dāng)量圓形法蘭的墊片平均直徑Dme |
319 |
mm |
||||||||
|
預(yù)緊狀態(tài)的墊片系數(shù)m1 |
5.71 |
|||||||||
|
操作狀態(tài)下的墊片系數(shù)m2 |
1.63 |
|||||||||
|
螺
栓 |
螺栓受力 N |
操作 |
Wp= 62587.20 |
|||||||
|
預(yù)緊 |
Wm= 218764.80 |
|||||||||
|
操作狀態(tài)下螺栓作用環(huán)面等效壓力 PL |
52.65 |
MPa |
||||||||
|
操作狀態(tài)下墊片作用環(huán)面等效壓力 PD |
4.91 |
MPa |
||||||||
|
預(yù)緊狀態(tài)下螺栓作用環(huán)面等效壓力 PLY |
184.02 |
MPa |
||||||||
|
預(yù)緊狀態(tài)下墊片作用環(huán)面等效壓力 PDY |
36.46 |
MPa |
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圖10：非圓型法蘭載荷計(jì)算界面
6.雙錐環(huán)密封的筒體端部載荷計(jì)算
本程序?qū)B150-2011標(biāo)準(zhǔn)中的表C.6雙錐環(huán)的系列結(jié)構(gòu)尺寸表格編入，只要輸入設(shè)計(jì)壓力（P≤35MPa）和設(shè)備公稱直徑，程序會(huì)自動(dòng)給出雙錐環(huán)的系列尺寸。
圖11：雙錐環(huán)密封的筒體端部載荷計(jì)算界面
圖12：GB150-2011中雙錐環(huán)的系列尺寸
|
筒體端部雙錐環(huán)結(jié)構(gòu)計(jì)算 |
計(jì)算單位 |
中航黎明錦西化工機(jī)械（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 |
|||||||
|
設(shè)計(jì)條件 |
簡(jiǎn)圖 |
||||||||
|
計(jì)算壓力pc |
22 |
MPa |
|
||||||
|
主
螺
栓 |
螺栓孔直徑dB |
105 |
mm |
||||||
|
螺母直徑dr |
135 |
mm |
|||||||
|
螺栓孔數(shù)量n |
24 |
個(gè) |
|||||||
|
雙
錐
環(huán)
密
封 |
雙錐環(huán)A |
66 |
mm |
摩 擦 角 |
8.5 |
||||
|
雙錐環(huán)B |
27 |
mm |
鋼-銅 |
||||||
|
雙錐環(huán)C |
33 |
mm |
鋼-鋼 |
||||||
|
彈性模量E |
195000 |
MPa |
鋼-鋁 |
||||||
|
雙錐環(huán) 有效高度 |
49.5 |
mm |
夾角 |
30 |
|||||
|
雙錐環(huán)比壓力y |
179.3 |
||||||||
|
雙錐環(huán)內(nèi)徑D1 mm |
565 |
||||||||
|
雙錐環(huán)的斷面積 mm2 |
=1624.82 |
||||||||
|
密封面平均直徑 mm |
609.47 |
||||||||
|
內(nèi)壓軸向力 N |
=6415083.40 |
||||||||
|
錐環(huán)自緊軸向分力 N |
=410468.69 |
||||||||
|
錐環(huán)回彈力的軸向分力 N |
783783.41 |
||||||||
|
螺
栓 |
螺栓受力 N |
操作 |
7609335.50 |
||||||
|
預(yù)緊 |
4114949.74 |
||||||||
|
操作狀態(tài)下螺栓作用環(huán)面等效壓力 PL |
56.07 |
MPa |
|||||||
|
預(yù)緊狀態(tài)下螺栓作用環(huán)面等效壓力 PLY |
30.32 |
MPa |
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7.Ω焊接環(huán)的載荷計(jì)算（包括卡箍部分的載荷）
圖13：Ω焊接環(huán)的載荷計(jì)算（包括卡箍部分的載荷）界面
8.其他---移動(dòng)式容器部分的計(jì)算（含重力等效壓力）
圖14：其他---移動(dòng)式容器部分的計(jì)算（含重力等效壓力）界面
下載方法：
邀請(qǐng)兩位朋友，同事，同學(xué)關(guān)注本信息后，在信息中輸入關(guān)鍵詞“分析載荷軟件”，即可獲得軟件下載地址。
分析設(shè)計(jì)的載荷計(jì)算軟件鏈接：https://pan.baidu.com/s/1UV5Q8ml7_NMoFrWgHgkPyA
提示：本軟件為綠色軟件，如果出現(xiàn)360報(bào)錯(cuò)，請(qǐng)先關(guān)閉360后再下載。