4.1 研究内容 19

4.2 研究对象和参数 19

4.3 接管处载荷计算 22

4.4 螺柱预紧力计算 22

4.5 ANSYS建模与分析 23

4.5.1 有限元模型 23

4.5.2 定义接触 26

4.5.3 预紧力 28

4.5.4 施加载荷 29

4.5.5 求解与结果 31

4.5.6 应力线性化和强度评定 36

4.5.7 疲劳分析 39

全文总结 42

致谢 43

参考文献 44

附录A: 46

附录B: 47

附录C: 49

附录D： 51

1 引言

1.1 选题背景

随着科学技术的进步和工业生产的发展，压力容器已在石油、化工、轻工、医药、环保、冶金、食品、生物工程及国防等工业领域以及人们的日常生活中得到广泛应用，且数量日益增大，大容积的设备也越来越多。例如，生产尿素就需要与之配套的合成塔、换热器、分离器、反应器、储罐等压力容器；石油化工中三大合成材料生产中的聚合、加氢、裂解等工艺用的反应设备等。压力容器根据各种工艺和结构上的要求常常需要在其上开孔并安装接管。但由于接管处的强度和疲劳问题，不断出现一些接管破坏导致容器失效的事故，这引起了工程和科学研究人员的广泛重视[1,2]。

1.2 压力容器分类

凡是密闭盛装气体,液体,液化气体等介质，具有一定容积承受一定压力承担储存反应热交换和分离功能的设备均属压力容器。压力容器一般由筒体、封头、法兰、密封元件、开孔和接管、支座等六大部分构成容器本体。此外，还配有安全装置、表计及完成不同生产工艺作用的内件。根据生产过程中的作用原理分类:

(1)  反应压力容器(代号R)。主要是用于完成介质的物理、化学反应的压力容器，如反应器、反应釜、分解锅、硫化罐、分解塔、聚合釜、高压釜、超高压釜、合成塔、变换炉、蒸煮锅、蒸球、蒸压釜、煤气发生炉等。

(2)  换热压力容器(代号E)。主要是用于完成介质的热量交换的压力容器，如管壳式余热锅炉、热交换器、冷却器、蒸发器、加热器、消毒锅、电热蒸汽发生器等。

(3)  分离压力容器(代号S)。主要是用于完成介质的流体压力平衡缓冲和气体净化分离的压力容器，如分离器、过滤器、集油器、缓冲器、洗涤器、吸收器、干燥塔、除氧器等。

(4)  储存压力容器(代号C、其中球罐代号B)主要是用于储存和盛装气体、液体、液化气体等介质的压力容器，如各种型式的储罐。

1.3 压力容器的特点

(1)  温度范围广:从深冷到高温。如液氢装置，温度条件为-253℃，乙烯生产装置中的管式裂解炉，温度条件为1100℃。

(2)  压力范围大:从超高真空、绝对真空到高压超高压，压力范围达几千兆帕。

(3)  介质的腐蚀和有毒危害性:压力容器处理、盛装的物料品种繁杂多种多样，参与过程的绝大部分是易燃、易爆、有毒或有腐蚀性的物质，伺时