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球形油氣壓力容器應(yīng)力分析與評估

文檔作者：耿紅高1 秦忠寶1 郭志青1 孟飛1 朱海濤2 文檔來源： 1火箭軍工程大學(xué)理學(xué)院機(jī)械教研室2濟(jì)南軍事代表室		點擊數(shù)：	更新時間： 2023年04月13日
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試驗研究耿紅高等：球形油氣壓力容器應(yīng)力分析與評估
油氣田地面工程http://www.yqtdmgc.com
球形油氣壓力容器應(yīng)力分析與評估*
耿紅高1 秦忠寶1 郭志青1 孟飛1 朱海濤2
摘要：通過對球形油氣壓力容器結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化建立等效數(shù)學(xué)模型，以推導(dǎo)的應(yīng)力計算
理論公式為基礎(chǔ)對等效模型的應(yīng)力進(jìn)行計算，得出應(yīng)力均勻分布并且同內(nèi)部壓強(qiáng)呈線
性變化的規(guī)律。利用ANSYS 有限元分析軟件對實際結(jié)構(gòu)的球形油氣壓力容器進(jìn)行仿真
實驗，分析研究該球形油氣壓力容器在存儲油氣的工況下，球體承壓結(jié)構(gòu)在工作條件
下的應(yīng)力和形變分布規(guī)律，為該類型球形油氣壓力容器的安全使用和安全評估提供了
科學(xué)的依據(jù)，也為后續(xù)研究提供了理論和實驗參考。
關(guān)鍵詞：球形油氣壓力容器；應(yīng)力；ANSYS；數(shù)學(xué)模型
Doi:10.3969/j.issn.1006-6896.2016.10.005
Stress Analysis and Assessment Study on Spherical Oil and Gas Pressure Vessel
Geng Honggao，Qin Zhongbao，Guo Zhiqing，Meng Fei，Zhu Haitao
Abstract： The spherical pressure vessel of oil and gas equivalent mathematical model is established
through simplify the structure， based on the theory of stress calculation formula is
derived for the stress calculation of equivalent model， analysis the stress distribution law of
pressure vessel equivalent model， it is concluded that the stress uniform distribution and with
the laws of the internal pressure into a linear change． Using ANSYS finite element analysis
software to the actual structure of oil and gas are simulated experiment，analyzed the spherical
pressure vessel of oil and gas in oil and gas storage work situation，spherical ball bearing structure
of oil and gas pressure vessel under the working conditions of stress and deformation distribution，
for the type of the safe use and safety of spherical pressure vessel of oil and gas assessment
provides the scientific basis，and also provides the theoretical and experimental reference
for follow-up study．
Key words：spherical oil and gas pressure vessel；stress；ANSYS；mathematical model
球形油氣壓力容器由于具有極佳的承壓強(qiáng)度比
（強(qiáng)度/質(zhì)量） 而在工業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用[1]。
在工業(yè)應(yīng)用過程中，由于球形油氣壓力容器受特定
工作環(huán)境所限，如高溫、高壓、腐蝕、污染、沖蝕
等惡劣的工況條件，對該類壓力容器的安全性提出
了更高的要求，因此研究其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的可靠性具有
重要的現(xiàn)實意義。2010 年， 德黑蘭謝里夫科技大
學(xué)的MALEKI 等人對自增強(qiáng)厚壁球形油氣壓力容器
殘余應(yīng)力進(jìn)行了研究分析，根據(jù)產(chǎn)生的殘余應(yīng)力狀
態(tài)確定了最佳自增強(qiáng)壓力和相應(yīng)的百分比[2]。2013
年，法赫德國王石油礦產(chǎn)大學(xué)Al-Gahtani 等人針對
球形油氣壓力容器的局部壓力進(jìn)行了測試，得出了
局部壓力測試的可行性數(shù)值模擬結(jié)果[3]。近幾年，
針對壓力容器安全可靠性的研究逐步成為熱門課
題[4-6]。
本文以存儲油氣的高壓球形油氣壓力容器為研
究對象，建立壓力容器殼體應(yīng)力分析的數(shù)學(xué)模型，
并通過ANSYS 有限元軟件仿真計算工作條件下容
器殼體的應(yīng)力、形變分布規(guī)律；通過理論計算和仿
真實驗對球形油氣壓力容器的承壓結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布規(guī)
律進(jìn)行分析研究，評估其安全可靠性。
1 壓力容器的應(yīng)力分布計算與分析
本文研究的高壓球形油氣壓力容器球體內(nèi)直徑
1 380 mm、壁厚60 mm，上半球中央開Φ300 mm 人
孔，并有加強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)，瓶內(nèi)存儲油氣，最大工作壓
*基金論文：裝備科研基金資助項目（EP123095）。
1火箭軍工程大學(xué)理學(xué)院機(jī)械教研室2濟(jì)南軍事代表室
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