ANSYS在压力容器设计中的应用研究王强摘要：主要研究ANSYS在压力容器设计工作中的应用。从对常规压力容器设计内容分析方法的补充和对压力容器中存在的新问题两方面对ANSYS在压力容器设计中的应用进行了研究。ANSYS作为一种优秀的有限元分析程序，最大的优势在于通过建模、网格划分、加载、求解、路径线性化来解决常规设计无法计算的问题或优化压力容器结构，为设计人员提供了另一种解决问题的方法，但是在压力容器设计实际中不能过分依赖，要根据设计工作人员的工作经验来判断ANSYS的分析结果是否偏离实际情况。关键词：ANSYS；压力容器；热应力；接触应力：TH49：ADOI：10.15913/jki.kjycx.2015.04.090压力容器在航空航天、机械动力、石油化工等领域有着非常广泛的应用，压力容器的工作环境比较苛刻，对压力容器的设计制造工艺要求更高。近些年来，数值方法，尤其是有限元分析方法在压力容器设计工作中的应用更加广泛，其中，大型有限元分析程序ANSYS应用于压力容器设计大大降低了设计工作量，同时显著提高了设计的有效性，是一种比较优秀的分析设计方法。1ANSYSANSYS是一个大型通用有限元分析软件，融合结构、热、流体、电磁场、声场以及耦合场，1970年由JohnSwanson开发，凭借其强大的前后处理功能得到了科研工作者以及工程师的欢迎，特别是在结构分析方面，囊括了塑形、蠕变、膨胀、大变形、大应变和接触分析等非线性计算技术，在结构分析方面有着明显的优势，是结构分析的首选应用。ANSYS凭借其优秀的性能和广泛的适应性，成为了第一个通过ISO9001质量认证的大型分析设计软件，经过了美国机械工程师协会、美国核安全局等近二十种专业技术协会认证，国内通过了全国锅炉压力容器标准化技术委员会认证，在国务院十七个部委中得到了应用，成为了压力容器分析设计的实际标准方法之一。2ANSYS在压力容器设计中的应用2.1常规压力容器设计内容分析方法补充2.1.1不连续区局部应力计算出于各种实际功能的需要，设计压力容器往往存在不连续结构，不连续结构有几何形状不连续、材料不连续两种形式，在力学上会产生较大的应力集中，所以不连续区局部应力是压力容器结构上的薄弱区域。不连续区域有总体结构不连续和局部结构不连续两种。总体结构不连续是结构较大范围内的应力或者应力变化，对结构应力分布的整体形势和变形都会产生显著的影响，例如封头和壳体的连接，法兰和壳体的连接，不同直径、厚度、材料之间的连接等；局部不连续是小范围内出现的应力或者应变变化，不会明显影响总体应力分布。不连续区的局部应力要高于总体应力情况，交变载荷作用下不连续区域可能会产生附加弯矩，容易首先出现屈服，造成结构破坏，往往成为了压力容器失效的源头。规则设计的计算不连续区局部应力需要建立该处的力平衡方程和变形协调方程，计算过程比较烦琐，实测的难度也很大。而ANSYS的应用能够在忽略误差的情况下提供精度非常高的结构应力结果，对压力容器设计有着非常重要的辅助作用。2.1.2热应力分析压力容器受压元件在承受工作荷载产生的机械应力的同时，在服役运行过程中，元件温度场也会产生一定的变化，承受机械应力的同时，还要承受热应力。压力容器服役过程中产生的热应力主要是温度变化产生的热膨胀受到限制而产生的。受压元件热应力按照温度场变化规律可分成两种，分别是稳态热应力和非稳态热应力。热应力在很多领域都广泛存在，例如低温领域的低温气瓶或者低温储槽加注液体时候，大温差在筒壁上产生的瞬时热应力，短时间内加注大量冷液，产生的热应力峰值会更高，低温工作的容器自身的韧性已经很低，产生的热应力可能会造成结构破坏。计算分析热应力首选需要确定元件温度场的类型。稳态热应力的温度场不随时间发生变化，元件温度场的确定比较容易，能够比较准确地计算出热应力数值，而非稳态情况下的元件内部有着比较复杂的传热机理，受到多种影响因素的作用，通过理论分析的方法确定元件温度场分布情况是比较困难的。传统的计算方法是经过实验实测某些点的温度，并使用近似函数来描述整个温度场。这种方法获得的热应力温度场与实际温度之间存在着较大的偏差。使用ANSYS程序进行热应力分...