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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EN134452

1.1.2 美国ASMEⅧ-23

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-NH156

12.3.2 R5规程156

12.3.3 RCC-MR157

12.4 化工行业中的蠕变疲劳工程设计方法157

12.4.1 API 579157

12.4.2 ASME规范案例2605158

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 Controls296

24.5.2 Solver Controls296

24.5.3 Anglysis Data Management296

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