2.8m卧式液氨储罐的设计
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（3）创建筒体与接管模型
液氨储罐在整体上具有前后和左右对称性，由于仅考虑内压作用下的应力状况，为此有限元模型可利用结构的对称性取开孔接管区的1/4建模。
1AREASTYPE NUMMAY 25 200715:37:141ELEMENTSMAY 25 200712:47:15YYZXZX 图4.1 储罐建模图 图4.2 网格划分图
（4）划分单元
① 分别对接管端部、外圆直角边、内接管边、设定的剖分份数，然后组合连接相邻面，划分单元格后如图，在下图中可以看出筒体和接管都已经被划分网格，详细的命令流将在论文后附命令流文件。 （5）施加约束与载荷
① 筒体端面施加端面平衡面载荷：执行Pressure>On Areas命令,选中筒体端部编号为3，9的两个面，在对话框中的Value文本框中输入-Pc。
在对称面施加对称约束：选中X=0处的对称面，选中Areas，By Location，X coordinates，在Min，Max中输入0，再执行SymmetryB.C>On Areas命令，全选。
在Z=-Lc/2对称面上施加对称面约束：重复步骤2，设定Areas，By Location，Z coordinates，在Min，Max中输入-Lc/2，施加对称约束。
约束接管端面轴向位移：选中Areas，By Location，Y coordinates，在Min，Max中输入Ln+Rci+Tc，再执行SymmetryB.C>On Areas命令，单击Pick All按钮，在新对话框中设定UY。
对内表面施加内压：重复步骤1，选中内表面编号为6，7，15，17，19，23，29，42，47，50的所有面，在对话框中的Value文本框中输入pi。
执行全选命令。 执行求解命令。
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液氨储罐的应力分析
1ELEMENTSUNFORRFORMAY 25 200712:51:55
YXZ图4.3 加载图
（6）结果后处理
① 显示应力云图, 查看计算结果。 计算结果和应力云图如下图：
11NODAL SOLUTIONSTEP=1SUB =1TIME=1SEQV (AVG)DMX =1.56SMN =1.152SMX =274.396JUN 5 200718:33:40NODAL SOLUTIONSTEP=1SUB =1TIME=1SEQV (AVG)DMX =1.56SMN =1.152SMX =274.396MAY 25 200712:16:14MNMXMXMNYXZ1.15261.873122.594183.315244.036 31.51392.233152.954213.675274.3961.15261.873122.594183.315244.036 31.51392.233152.954213.675274.396 图4.4 分析结果图 图4.5 储罐建模图
4.4.6 结果与讨论
对该应力云图分析可以看出，应力最大的地方出现在筒体最高位置与人孔接管焊接区域，该求解的最大应力为274.396Mpa。距离焊接区域越远应力值也相对较小，在接管的上下端面附近的应力值最小，最小值为1.152 Mpa。
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开孔接管区的应力状况非常复杂，削弱了原有的承载面积，在开孔边缘附近必然会造成应力集中，接管区的受力有如下几种：储罐的接管区受到由液压引起的径向应力和环向应力，其中环向应力是径向应力的两倍；另一方面接管的存在使开孔接管区成为总体结构不连续区，壳体与接管在内压作用下自由变形不一致，在变形协调过程中将产生边缘应力；同时接管和壳体是通过焊接连接在一起的，焊缝的结构与尺寸如焊缝高度、过渡圆角等会形成结构不连续，形成局部结构不连续应力，由于焊接时的残余应力；由于容器自重和储存介质的重力，筒体的上半部分受到压应力的作用，其中筒体和接管的最高点处压应力最大，所以在应力集中后该处的应力值最大，
而在接管的上下端面附近由于距离焊缝较远，几乎不受焊接残余应力的影响，承载较小，在应力云图上显示的应力也是最小的区域。也基本符合ANSYS分析应力云图所显示中的最小的应力区域。
在压力容器开孔接管区应该使整体结构一致化，这样在分析和计算时就可以比较完整的描述出开空接管区的应力。而在这一段筒体中最危险的地方出现在焊接区域，应加强焊接区域的强度与刚度。在人孔接管处设置加强圈，防止引起的裂纹、变形等容器失效。
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液氨储罐失效分析
5 液氨储罐失效分析
5.1失效分析的意义和重要性
(1)失效分析可以减少和预防机械产品同类失效事故的重复发生，从而提高机械产品质量和减少经济损失，它是创建名牌机械产品的必由之路和科学途径。
(2)失效是产品质量控制网发生偏差的反映，失效分析是可靠性工程必不可少的基础技术工作，加强机械产品失效及其分析工作的管理必将强化全面质量管理工作，因此它是机械产品全面质量管理中的重要组成部分和关键的技术环节。
(3)失效分析是机械产品维修工作的技术基础，它可以决定维修的可能性、技术和方法，从而提高维修工作的质量、速度和效益。
(4)失效分析可以为仲裁失效事故的责任、侦破犯罪案件开展技术保险业务、修改和制定产品质量标准等方面提供可靠的科学技术依据。它是经济立法工作中重要程序和基础技术工作，从而可提高经济法的完整性、科学性和客观权威性。
(5)失效分析是技术开发、技术改造、技术进步乃至整个科学技术水平的提高等方面的―开拓者‖和―杠杆‖，它提供信息、方向、途径和方法，从而提高国民经济发展和科学校术发展的速度。
(6)机械产品失效及其分析工作的累积统计资料可以提供技术信息、经济信息和人材信息，它可以反映经济工作、科学技术研究和人材培养方面的薄弱环节和失误或失调，因此它是领导者们进行宏观经济和技术决策重要的信息来源，它也是科学技术人员认识事物和改造事物的信息源泉。
5.2容器的失效形式
近十年来，大量的地使用了各种和结构的焊接容器，并且积累了许多经验，但是压力容器仍然有许多事故发生。这些事故中危害最大的是在运行过程中发生突然的破裂，因此压力容器的安全的核心问题是防止容器发生破裂事故。所以现代压力容器设计不得不进一步分析容器可能出现的各种失效形式。
容器的失效形式主要有以下8种：韧性破坏、脆性破坏、疲劳破坏、蠕变破坏、腐蚀破坏、失稳破坏、腐蚀疲劳、蠕变疲劳。下面介绍一下最主要的几种形式。 （1）韧性破坏
容器超压而发生的显著的塑性变形后的破坏叫做韧性破坏。就像材料拉伸试验中
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的韧性断裂过程那样，压力容器的韧性破坏时也会经历弹性变形、屈服及强化、最后破裂这样几个过程。韧性破坏的容器是在经历了大量的塑性变形以后才发生破裂的，容器破坏后的塑性变形表现为容器有明显的鼓胀；且由于材料本身具有良好的塑性与韧性，容器韧性破坏时只产生一条较长的裂缝，而不产生碎片。 （2）脆性破坏
压力容器的脆性破坏，主要是指容器在没有发生或未充分发生塑性变形时就破裂或爆炸的破坏。经常有两种情况，一种是由于材料的脆性转变而引起的容器脆性断裂，二是由于焊缝存在严重缺陷和使用中产生的缺陷，导致容器在低应力水平下的脆性破坏。
（3）疲劳破坏
由于交变载荷导致容器应力集中部位产生疲劳损伤，萌生疲劳裂纹并进一步扩展而产生破坏，叫做疲劳破坏。对于压力容器来说，压力的大幅度波动，或者经常加载卸压和开工停工，容器将受到交变载荷的作用。在交变载荷下，这些宏观的或者显微的裂纹还要继续扩展，从而形成显微的宏观裂纹。 （4）腐蚀破坏
由于介质的腐蚀性使容器材料发生各种形式的腐蚀。如点状腐蚀而产生密集凹坑；均匀腐蚀而使器壁过渡减薄；晶间腐蚀致使晶粒疏松而失去承载能力，或在拉应力作用下介质使金属材料腐蚀产生裂纹的应力腐蚀过程导致容器泄露或破坏。凡由于晶间腐蚀和应力腐蚀造成破裂时没有明显的塑性变形，近于脆断形式。
5.3焊接缺陷对容器失效的影响
焊缝缺陷是造成锅炉、压力容器失效和事故的主要原因，因此，必须对焊缝缺陷的危害性有充分的认识。焊接缺陷对容器失效的影响，主要是对结构负载强度和耐腐蚀性能的影响。由于缺陷的存在减少了结构承载的有效截面积，更是主要的是在缺陷周围产生了应力积中。因此，焊接缺陷对结构的静载强度，疲劳强度，脆性断裂以及腐蚀开裂都有重大的影响。由于各类缺陷的形态不同，所产生的应力集中程度也不同，因而对结构的危害程度也各不一样。容器失效的例子中，很多原因都是由于焊接缺陷或使用过程中的缺陷造成的，焊接缺陷对容器失效的影响是不可忽略的因素，所以研究焊接缺陷对容器的失效分析有着重要的意义。
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