利用有限元软件对压力容器进行优化设计史南达鲍务均武汉大学动力与机械学院，武汉4300721 6要利用ANSYS软件对化工行业中经常用到的压力容器进行了有限元分析，分析结果明i t人33强大的计算和仿真功能满足了化工机械行业的需要，具有广阔的应用前景。！关键词化工机械；压力容器；有限元；静力学分析i压力容器是化工石油化工机械中广泛使用的承压设备。尽管各类压力容器设备功能各异结构复杂程度不，但从整体上看，般以薄壁的旋转壳为主要构型，同时又可把整体分解为筒体封头法兰开孔接管支座等部件。这些部件构型相对比较简单，均具有明显的各自特点，并可以方便地进行归类分析。在传统的设计中，鉴于压力容器安全问的重要性，压力容器的设计往往偏于保守，使得设计的容器又笨重，又浪费材料，而且使制造成本明显升高，造成了大量的浪费。而且随着化工设备越来越趋于大型化的设计，这种浪费显得更加令人婉惜。但是，随着计算机技术水平的飞速发展，使得我们可以得利用人33等0人软件对其进行有限元分析，对化工机械设计起到优化设计的作用。
1压力容器的两种设计方法比较力容器设计方法有两种，分别对应两种设计规范我国的08150采用的是传统的设计方法，称为狻规则设计，它的基本思想是并不需要对压力容器的各个部位进行详细的应力分析，而是结合经典力学理论和经验公式对压力容器部件的设计做些规定，如选材安全系数特征尺寸制造工艺等都必须满足定的条件。
另种更科学更严密的设计规范是历4732，它采用分析设计方法，要求对压力容器进行应力分析和疲劳分析，由于这种定量分析结果使结构趋于更合理，因此，用该规范设计的容器，可以达到较高的许用应力而并不削弱安全裕度。
如前所述，对设计人员而言，按规则设计和按分析设计的最大区别体现在是否需要对压力容器做应力分析。目前，对结构做应力分析基本上有种方法解析分析实验分析数值分析。解析分析方法需要在结构和结果精度之间寻求个折衷，实际结构般都比较复杂，要对它们进行解析分析决非易事，结构般要进行简化，而分析人员更要掌握较扎实深厚的力学理论知识才能完成这重任。实验方法在其精度上具有无可比拟的优点，但其缺点也是非常突出，费用高昂，操作复杂，费时费力，般在设计定型投入使用前用该方法进行最后的强度验证，不适于在设计过程中采用。实际上最有效使用也最普遍的应力分析方法是数值分析方法，通常是指有限元分析方法。
2有限元分析软件人阳3的简介大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如，咕加63丁尺入队人0入民0入0等，是现代产品设计中的高级，人0工具之软件主要包括个部分前处理模块，分析计算模块和后处理模块。前处理模块提供了个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；分析计算模块包括结构分析可进行线性分析非线性分析和高度非线性分析流体动力学分析电磁场分析声场分析压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力后处理模块可将计算结果以彩色等值线显梯度显矢量显粒子流迹显立体切片显透明及半透明显可看到结构内部等形方式显出来，也可将计算结果以曲线形式显或输出。软件提供了100种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。
3应用实例3.1问描述我们这次要分析的为个尚处设计过程中的反应器意盘与其他管道连接。由于空间的限制，两个支座对称地布置反应器全长2160mm，两端法兰盘固定面间距2156mm，容器720mm，壁厚2，筒体壁厚均勾，无尖角，截面尺寸如冬1 2，整个反应容器采用同种材料制造，参数如下设计压力10肘工作压力为9肘端面受轴向拉力尸=30 3.2分析步骤对于这样的压力容器，我们般采薄壳模型，壳单元进行分析，而且是个静力学分析求解的问。
3.2.1定义单元82单元。因为在后来的分析中我们使用的是是对称载荷，所以在单元类型对话框中选定添加的单兀类型并单击，93按钮，在161加也6 6，1下拉列框中选择人137加1项2所不。
3.2.3建立几何模型由此建立的维形3上哪画吁3.2.4划分网格由于在此设计过程中，设计者关心的是应力沿壁厚的分布规律及大小，所以在校核时只需要分析沿壁厚方向的某个截面即可。又因为该容器为轴对称结构，内部均匀受压，所以只需要分析其截面部分即可，而且由于使用维实体建模后划分网格对计算机的配置要求极高，而且会占用大量的机时，因此不推荐使用维实体划分网格，在本例中只需使用用网格划分工具对截面进行网格划分，并使用边形单元进行智能划分通过使用该工具可以方便地进行材料设置，网格密度，形状设定和网格划分及清除工作。
入33中提供的这个智能网格划分工具，可以让用户不必特别设定网格的尺寸，人33将自动地根据模型的大小和局部格提供了分为0的不同密度级别，1最精密，最粗糙。选择不同的级别，需要根据求解要求及所有计算机的运算速度而定。若在智能划分的基础上还在局部指定了单元尺寸，则入，33将首先按照指定的网格密度进行，这避免了智能划分网格时，局部尖角或圆弧网格过渡细分的情况。网格划分后的截面4 3.2.5施加边界约束和内压载荷因为该容器内部均匀受压，对称载荷，所以需要对支点加上绞支约束。且在其内壁施加3的压力。
了6加18命令即可完成求解。
3.2.7后处理功能完成有限元计算以后，实际上您己得到了全部有限元结果，包括位移应力主应力等效应力等。在这里可显打印分析，也可以对计算结果做进步处理，如疲劳分析应力线性化。值得提的是应力线性化功能，实际上分析设计的最终要求是要对压力容器部件的危险部位做应力分类校核，即沿壁厚方向最先对应力分量做线性化处理，得到各类应力7所谓应力分类过程。然后对各类应力分别按照狃4732的规定进行强度校核，如果所有强度均满足要求，那么分析设计过程即宣告完成。5即为由内壁到外壁的应力分布。
轻型相机有限元分析与设计周卫国1郭崇林2王德禹1上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，上海200030空间技术研究院北京空间机电研宄所，北京176脑要依据轻型CCD相机的ProE模型，使用大型通用有限元软件NASTRANPATRAN建立i有限元模型，并对有限元模型进行模态分析准静态分析和正弦冲击分析，根据计算结果对该类型相机提出新的结构设计。i j关键词，0相机；有限元；动力分析i 1引目轻型相机作为星载对地观测的仪器，以其体积小重3.2.8形显功能下面要讲的形模块中提供了形化的路径定义功能，并在形环境下完成应力线性化计算，这功能使应力分类工作变得非常容易。在完成了网格生成之后，可以立即调用形功能查看刚刚生成的网格，如果对网格不太满意，如局部过疏或过密或某些参数输入有误，则可以再返回参数输入部分，重新修改某些参数，直到满意为止。除能够显网格形之外，灿还可以显应力位移温度变形等计算结果的等值线着色量轻分辨率高等优点获得越来越多的应用，并且成为各国重点研制的对象1.当前，轻型，相机主要的发展趋势是使轻型，相机在总体上向着重量轻，体积更小的方向上发展。为显应力线性化曲线维的应力线性化计算等功能，所有形均可输出至打印机。
4结束语作为大型的通用有限元软件的ANSYS，已经被国内许多家大型设计院使用，由于13是目前唯能实现多物理场耦合分析，通过研宄各种因素相互制约影响来真实地模拟实际情况。从上面的例子中我们就可以发现计算结果与实际十分吻合。
ANSYS和其它维建模软件接口十分丰富，可以把在其它维软件建立好的复杂模型直接导过来使用，大大节省了设计人员把宝贵的时间浪费在建立维模型上，使其可以更加专注于优化设计工作。
ANSYS的处理功能十分强大，而且能以的形式甚至仿真动画的非常形象的出来，让设计人员非常方便直观地获得所需要的反馈信息。
1易日。使用人奶进行静力学分析。北京大学出版社，2002.215238.
2王凯。卧式容器圆筒应力的校核及调整。化工机械出版社，3王勖成。有限单元法基本原理和数值方法第2版。清华大学出版