臺灣博碩士論文加值系統

本研究主要分為三個項目，第一部份探討高壓配管在不同管線內壓時，螺栓固定管路凸緣受力與接合情形，並與相關理論分析做比較，再以不同螺栓固定管路凸緣型式進行分析，以比較不同型式下的凸緣、螺栓、襯墊受力及凸緣的接合情形；第二部份探討半球型端板設置人孔所承受應力及其補強情形，再以端板尺寸、設計壓力及容許應力等條件不變的情形下，分析出端板設置人孔所承受的應力為最小之補強板尺寸大小，最後再進行設計壓力不同時，端板設置人孔之補強板大小之變化情形；第三部份主要是利用有限元素法來分析壓力容器不連續接合處的應力分佈與應力集中情形，首先利用有限元素套裝軟體進行半球形端板、胴體的應力分析，並與ASME規範做比較，再探討不同的設計壓力下，半球形端板與胴體厚度比不一致接合時，其接合處部分的應力分佈情形，最後則利用分析後結果，建立端板人孔補強板尺寸的組合，以使端板、胴體承受應力低於材料容許最大應力。
關鍵字: 配管、凸緣、螺栓、襯墊、壓力容器、半球形端板、胴體、人孔、補強板

This work contains three parts. First, finite element method (FEM) is applied to analyze the pipe-flange structure subjected to high internal pressures. The stresses of bolt-connected flange and the tightness of the gasket are studied. The finite element commercial software is adopted to perform stress analysis for different types of flanges. The simplified theoretical analysis for the flange stress is also introduced and used to validate the FEM results. Second, FEM is used to analyze the hemisphere’s head structure in the design pressure. The stress concentration of hemisphere’s head with opening and reinforced-board are studied. The ASME regulations for the hemisphere’s head is also introduced and used to validate the FEM results. Optimum dimension of the reinforced board can be determined for the constant head dimension. The variation of reinforced board dimension is also studied for different design pressures. Finally, FEM is also applied to analyze the pressure vessel structure subjected to high internal pressures. The stress concentration and intensity of head-shell connection are studied. The optimum thickness ratio of head thickness to shell thickness can be obtained and effectively reduce stress concentration and intensity.
Keywords: flange, bolt, gasket, pressure vessels, hemisphere’s head, shell, opening, reinforce board

摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅱ
誌謝 Ⅲ
目錄 Ⅳ
表目錄 Ⅶ
圖目錄 Ⅷ
符號說明 Ⅹ
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 全文概述 4
第二章 螺栓固定管路凸緣之有限元素分析與設計 5
2.1 問題定義與分析目標 6
2.1.1 問題定義 6
2.1.2 分析目標 6
2.2 螺栓固定管路凸緣之理論分析 8
2.2.1 螺栓剛性常數及螺栓與凸緣合成負荷 8
2.2.2 凸緣剛性常數 8
2.2.3 螺栓承受之最大拉力 9
2.3 有限元素分析 11
2.4 結果與討論 14
2.4.1 凸緣全面接觸接合型式理論分析與有限元素分析之
比較 14
2.4.2 凸緣全面接觸接合型式在不同管線壓力下之分析結果 18
2.4.3 凸緣部分接觸接合型式在不同管線壓力下之分析結果 21
2.4.4 凸緣全面接觸接合型式與部分接觸接合型式比較 24
2.4.5 凸緣部分接觸接合型式在不同接觸寬度之比較 26
2.5 結論 27
第三章 半球形端板設置人孔之有限元素分析與設計 28
3.1 半球形端板開孔之補強設計概述 29
3.1.1 基於ASME的補強設計規範 29
3.1.2 修正後的補強設計規範 30
3.2 問題定義與分析目標 32
3.2.1 問題定義 32
3.2.2 分析目標 32
3.3 有限元素分析 33
3.4 結果與討論 36
3.4.1 未設置人孔與設置人孔未設補強板有限元素分析之
比較 36
3.4.2 基於ASME規範及不同補強板厚度 、補強板範圍
組合之有限元素分析比較 38
3.4.3 ASME規範下，不同設計壓力之有限元素分析結果 41
3.5 結論 43
第四章 半球型端板與胴體接合處之有限元素分析與設計 44
4.1 半球形端板、胴體與開孔之設計概述 45
4.1.1 基於ASME的強設計規範 45
4.1.2 修正後的設計規範 46
4.2 問題定義與分析目標 50
4.2.1 問題定義 50
4.2.2 分析目標 50
4.3 有限元素分析 51
4.4 結果與討論 54
4.4.1 端板與胴體之有限元素分析之比較 54
4.4.2 不同端板厚度 組合之有限元素分析比較 57
4.4.3 不同設計壓力之有限元素分析結果 59
4.4.1 端板設置人孔的補強板組合 60
4.5 結論 62
第五章 結論與建議 63
5.1 結論 63
5.2 建議事項 64
參考文獻 65
作者簡介 68

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