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球形油气压力容器应力分析与评估

文档作者：耿红高1 秦忠宝1 郭志青1 孟飞1 朱海涛2 文档来源： 1火箭军工程大学理学院机械教研室2济南军事代表室		点击数：	更新时间： 2023年04月13日
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试验研究耿红高等：球形油气压力容器应力分析与评估
油气田地面工程http://www.yqtdmgc.com
球形油气压力容器应力分析与评估*
耿红高1 秦忠宝1 郭志青1 孟飞1 朱海涛2
摘要：通过对球形油气压力容器结构进行简化建立等效数学模型，以推导的应力计算
理论公式为基础对等效模型的应力进行计算，得出应力均匀分布并且同内部压强呈线
性变化的规律。利用ANSYS 有限元分析软件对实际结构的球形油气压力容器进行仿真
实验，分析研究该球形油气压力容器在存储油气的工况下，球体承压结构在工作条件
下的应力和形变分布规律，为该类型球形油气压力容器的安全使用和安全评估提供了
科学的依据，也为后续研究提供了理论和实验参考。
关键词：球形油气压力容器；应力；ANSYS；数学模型
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
球形油气压力容器由于具有极佳的承压强度比
（强度/质量） 而在工业领域中得到广泛的应用[1]。
在工业应用过程中，由于球形油气压力容器受特定
工作环境所限，如高温、高压、腐蚀、污染、冲蚀
等恶劣的工况条件，对该类压力容器的安全性提出
了更高的要求，因此研究其结构强度的可靠性具有
重要的现实意义。2010 年， 德黑兰谢里夫科技大
学的MALEKI 等人对自增强厚壁球形油气压力容器
残余应力进行了研究分析，根据产生的残余应力状
态确定了最佳自增强压力和相应的百分比[2]。2013
年，法赫德国王石油矿产大学Al-Gahtani 等人针对
球形油气压力容器的局部压力进行了测试，得出了
局部压力测试的可行性数值模拟结果[3]。近几年，
针对压力容器安全可靠性的研究逐步成为热门课
题[4-6]。
本文以存储油气的高压球形油气压力容器为研
究对象，建立压力容器壳体应力分析的数学模型，
并通过ANSYS 有限元软件仿真计算工作条件下容
器壳体的应力、形变分布规律；通过理论计算和仿
真实验对球形油气压力容器的承压结构应力分布规
律进行分析研究，评估其安全可靠性。
1 压力容器的应力分布计算与分析
本文研究的高压球形油气压力容器球体内直径
1 380 mm、壁厚60 mm，上半球中央开Φ300 mm 人
孔，并有加强圈补强，瓶内存储油气，最大工作压
*基金论文：装备科研基金资助项目（EP123095）。
1火箭军工程大学理学院机械教研室2济南军事代表室
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