论文总字数：20750字

摘 要

压力容器是一种特种设备，在各行各业中都大量涉及。它工作在一定的压力中，高温、高压、易燃、易爆等一般都是其介质具有的特点，在发生事故的时候，常常会导致生命安全、环境污染、财产损失等许多严重的不良后果。压力容器封头有许多的种类，平盖就是一种。而锻制平封头又属于平盖中的一种，一般来说，手孔盖、人孔盖和高压容器等这些产品，是直径较小，压力较大的，在这些产品中常常会使用到平盖。

随着时代的飞速发展，我国也更新了许多之前所使用的压力容器标准，比如说本课题所主要研究的GB150-1998与GB150-2011标准。GB150-1998标准更新为GB150-2011标准后，里面的内容更新也是十分大，而对于平封头尺寸的影响也是非常大。更新过后的GB150-2011与美国的ASME标准更加接近，所以本文简单地研究了更新过后标准对于平封头尺寸的影响，并得到了一些结论。

（1）使用ANSYS有限元分析软件，建立锻制平封头二维几何模型并求解不同半径的几何模型的相应应力强度。

（2）GB150-1998所建立的锻制平封头的过渡半径远远大于GB150-2011、ASME标准所建立的模型。

（3）GB150-1998标准在应用在一个锻制平封头的直边段比较长的时候，由于边界效应的影响，单从应力云图上来说，最大的应力位于筒体与直边段的连接处，这样的结果并不可靠。

（4）根据三个标准所建立的模型，随着过渡半径的增大，最大应力减小，它们的最大应力大于许用应力的1倍，甚至是1.5倍，但不超过许用应力的3倍。

（5）经过更新后的GB150-2011比原先的标准GB150-1998所需的材料远远减少，节省材料的百分比达到了，具有更高的经济性。

关键词：锻制平封头 新旧标准 过渡区半径

Study on plastic design of flat head of high pressure vessel

Abstract

Pressure vessel is a kind of special equipment, which is extensively involved in all walks of life. It works in a certain pressure, high temperature, high pressure, inflammable, explosive and so on are generally the characteristics of its medium, in the event of an accident, often lead to life safety, environmental pollution, property loss and many serious adverse consequences. There are many types of heads for pressure vessels, such as flat caps. And forging flat head is a kind of flat cover, generally speaking, hand hole cover, manhole cover and high pressure container, these products are small diameter, large pressure, in these products are often used in the flat cover.

With the rapid development of The Times, China has updated many previously used pressure vessel standards, such as GB150-1998 and GB150-2011, which are mainly studied in this subject. After the GB150-1998 standard is updated to GB150-2011 standard, the contents in it are also greatly updated, and the influence on the size of flat head is also very large. The updated GB150-2011 is closer to the American ASME standard, so this paper simply studied the influence of the updated standard on the size of flat head, and got some conclusions.

(1) Using ANSYS finite element analysis software, the two-dimensional geometric model of forging flat head was established and the corresponding stress intensity of the geometric model with different radius was calculated.

（2）The transition radius of forged flat head established by gb150-1998 is much larger than the model established by gb150-2011 and ASME standards.

（3）GB150-1998 standard is applied in a forging flat head with a relatively long straight edge segment. Due to the influence of boundary effect, the maximum stress is located at the connection between the cylinder and the straight edge segment on the basis of stress cloud diagram alone, so the result is not reliable.

(4) GB150-1998 standard is applied in a forging flat head with a relatively long straight edge segment. Due to the influence of boundary effect, the maximum stress is located at the connection between the cylinder and the straight edge segment on the basis of stress cloud diagram alone, so the result is not reliable.

(5) The updated gb150-2011 requires far fewer materials than the original standard gb150-1998 and is more economical.

Key Words：Forging lat head;Old and new standard;Transition radius

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 压力容器国内外研究现状 1

1.2 封头国内外研究现状 3

1.2.2 封头国内研究现状 3

1.2.3 封头国外研究现状 7

1.3 研究内容 7

1.4 研究意义 8

第二章 有限元法及ANSYS软件简介 9

2.1 有限元法的基本理论 9

2.1.1 有限元法的产生 9

2.1.2 有限元法的分析步骤 9

2.1.3 有限元法的分析过程 9

2.2 ANSYS软件简介 10

2.2.1 ANSYS 17.0的交互界面 10

2.2.3 ANSYS的分析步骤 11

2.3本章小结 11

第三章 锻制平封头的有限元分析 12

3.1 锻制平封头的几何结构 12

3.2 单元类型的选择 13

3.3 定义材料属性 14

3.4 划分网格 15

3.5 施加载荷和约束 16

第四章 锻制平封头的有限元分析结果 18

4.1 各个标准下模型的尺寸 18

4.2 应力分析 19

4.3 应力评定 21

4.4 本章小结 25

第五章 经济性评定 26

第六章 总结和展望 27

6.1 总结 27

6.2 展望 27

参考文献 29

致谢 31

第一章 绪论

1.1 压力容器国内外研究现状

特种设备有许多，这其中就包括了压力容器，压力容器涉及到社会的方方面面。它工作在一定的压力中，高温、高压、易燃、易爆等一般都是其介质具有的特点。设计制造压力容器时，我们为了提高它的安全性能，会在很多方面下功夫，比如材料的性能、提升制造这个东西所需要的工艺手段，再到去寻找以往制造类似物品的经验等等，但是这些因素都是依靠经验而前行，过于笼统和模糊。这也就导致了许多材料的浪费，甚至于这些模糊而笼统的经验仍存在一些我们尚未了解的因素，更加导致了它不是十分安全的。

时代的脚步永远在前行，科学技术也在一步步地发展，现阶段制造业所追求的目标是绿色设计，绿色制造。在如今的社会，人民的生活水平得到极大的提高，科学技术也是日新月异，人们的思想观念发生巨大的变化。过去，我们在设计制造产品时，只看重产品的安全性、可靠性，对其他的要求不够重视，这使得我们制造产品时浪费了许多原本可以节省的材料、人力、财力。如今，我们不仅要求产品安全、可靠，更要求消耗最少的资源得到最环保的结果。而压力容器这个应用如此广泛的特种设备，在国民经济中不可或缺的一环，它的设计制造也跟随着时代不断地发展变化。

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