压力容器ANSYS分析与强度计算一书和同类书的比较.doc

压力容器ANSYS分析与强度计算一书和同类的ANSYS分析丛书的比较1 关于ANSYS分析ANSYS软件是由1970年创办的美国ANSYS公司研制的，大型通用有限元分析软件，30多年来，ANSYS公司不断吸取新的计算方法和计算技术，改进和开发ANSYS软件，功能日益强大，用户遍及全世界。ANSYS软件包含有下列主要功能： 结构分析（静力分析、模态分析、谐响应分析、瞬态动力分析、屈曲分析和疲劳分析等）； 热分析（热传导、热对流、热辐射和热应力分析等）； 电磁分析（静磁场分析、交变磁场分析、瞬态磁场分析和电场分析等）； 流体分析（流体动力学分析、声学分析等）； 耦合分析多物理场（可将两个物理场组合进行分析，热应力和压力耦合分析等）。因此，通常说，ANSYS软件是融结构、热、流体（声学）和多物理场分析于一体的大型有限元软件。90年代初期，ANSYS软件进入我国后，很快在航天航空、石油化工、机械压力容器、铁道交通、土木工程、水利等众多领域获得普及和应用。我国压力容器的设计标准分常规设计（GB150钢制压力容器）和分析设计（JB4732钢制压力容器分析设计标）两种规范。简单地说，如某压力容器设计单位设计一台加氢反应器，按常规设计，壁厚180mm，按分析设计，壁厚150mm，分析设计的压力容器产品比常规设计要经济，因为常规设计，使用统一的许用应力进行控制。而分析设计，对不同部位产生的不同应力采用不同倍数的许用应力进行控制，体现了不同的失效准则。JB4732标准1995年发布，该标准允许采用有限元法进行应力分析设计。当采用ANSYS软件后，清华大学等单位编制的应力分析有限元软件自动退出市场。没有单位和人员再用了，因为软件功能不强大，技术落后。我国最早的ANSYS版本为ANSYS5.6，后来有ANSYS5.7，ANSYS7.0，ANSYS8.0，ANSYS9.0和ANSYS10.0。对于压力容器用ANSYS分析，上述各版本的功能均可使用。美国休斯顿应力工程顾问公司一直采用ANSYS软件配合ASME-2为顾客进行应力分析设计。我国有若干个压力容器设计单位已经取得压力容器分析设计资格和人员资格，目前需要“规范化的压力容器ANSYS分析”才有参考价值，满足压力容器分析设计人员的口味和期望，这是市场所求。2 关于ANSYS分析方面同类书的比较 龚曙光主编ANSYS基础应用及范例解析和ANSYS工程应用实例解析，机械工业出版社分别于2003年1月和4月第1版。我在学习这两本书时，已将书中的错误汇总后寄给作者。ANSYS基础应用及范例解析主要学习ANSYS软件的操作和使用。ANSYS工程应用实例解析一书中有两节涉及压力容器，一是3.3 实例2压力容器的应力分析设计，二是6.3 实例2压力容器管板厚度的优化设计。对于前者，我认为：1）几何模型，有限元模型，加载求解，查看变形和节点的应力强度，定义路径，线性化处理，列表给出线性化结果都是很好的；2）还有3个问题值得商量，是施加约束，因它是轴对称模型，施加UY已经足够，但书中又在节点1施加UX=0，没有必要，是施加螺栓载荷，应当施加法兰力矩，导致结果不同，列表给出线性化结果后退出ANSYS，没有进行应力评定，最后无结论。对于后者，我认为我国的管板公式本身就是应力分析解，没有必要进行ANSYS分析。龚老师和编者是湘潭大学的老师，不是从事压力容器设计的，为ANSYS科研、教学提供了参考书，对初学者仍然是有益的。 余伟炜 高炳军主编ANSYS在机械与化工装备中的应用，中国水利水电出版社2006年1月第1版。这是目前提供压力容器ANSYS分析内容最多的一本书。书中第3章，第4章，第5章5.2节，第6章6.2节，第7章均涉及压力容器。ANSYS分析的比较见表1。表1序号ANSYS在机械与化工装备中的应用压力容器ANSYS分析与强度计算13.2压力容器不连续区应力分析3.2.2高压容器筒体与封头连接区应力分析分析部位：半球形封头与圆筒过渡区几何模型：简单7）在节点施加均布压力修改单元尺寸,须删除压力载荷,不是妙招查看应力云图结束。书中说：“但结构安全与否还需根据所选用的设计标准进行进一步的分析与评定。”无结论。第8章高压空气储罐疲劳分析第2节压力应力分析分析部位：含有半球形封头与圆筒过渡区几何模型：壳体组合复杂按线施加压力载荷修改单元尺寸,不须删除压力载荷,是妙招压力应力分析全过程完整，有应力评定，有结论。23.2.3压力容器开孔接管区的应力分析分析部位：筒体上的接管 4结果处理与讨论书中说：“可见最大应力发生在筒体最高位置与接管连接区，最大应力强度252.2MPa”，没有应力评定，无结论。本书第9章给出接管与筒体相贯处应力计算方法，比ANSYS分析结果精确，手算，简便。33.2.4支座支撑区应力分析书中说：“应根据或参考分析设计标准的观点对计算结果进行进一步的分析与评定。”作者没有给出具体的方法和结论。颁发容器支座标准：JB/T4712，JB/T4713，JB/T4724，JB/T4725，全部为标准件，没有必要进行ANSYS分析。43.3压力容器稳定性分析3.3.2外压容器的失稳问题没有结论。若探讨ANSYS屈曲分析功能是可以的，但它没有工程意义。GB150和ASME-1已经对圆筒外压稳定作出规定，通过查图取值（A、B），计算许用外压力。本书第1章给出14249稳定计算的现代方法，即用其外压圆筒1个公式不用查图解决GB150四种外压圆筒的稳定计算。53.4压力容器分析设计3.4.2加氯反应器裙座支撑区机械应力分析图3-80几何模型不正确封头对称面施加X方向约束，不正确表3-11应力分类结果，取PL+Pb+Q正确，但无ANSYS给出的数据3.4.3热应力分析一、温度场分析热箱被保温材料填满，慨念错误二、热应力分析3.4.4应力评定慨念不清本书第7章加氯反应器ANSYS分析第2节压力应力分析几何模型符合实际的压力容器产品。仅有裙座底部UY约束。采用PL+Pb+Q3 Sm有ANSYS给出的数据第3节和第5节热分析热分析热箱高度350 mm第6节热应力分析分主要应力评定，主要应力+次要应力评定6法兰连接的接触分析可作为理论研究。法兰、螺栓、垫片已经有标准，按标准选用，保证密封。不必进行ANSYS分析，因为考虑接触部分，设置接触单元，计算很麻烦，甚至不收歙，导致错误。垫片是非线性问题，且发生塑性变形。73.5.3补强圈与筒体间接触特性分析可作为理论研究。没有工程意义。84.1塔设备分析可作为理论研究、探讨。没有工程意义，因为有JB/T4710-2005塔式容器标准。94.2储存设备分析球罐在风载荷、地震载荷下的动力响应，可能仅作过一、两台产品分析。本书没有此内容。球罐有GB12337钢制球形储罐国家标准，普遍按标准设计。关键要体现经济性。1995年我为齐鲁乙烯改扩建负责新建2台乙烯球罐，选用日本新日铁的钢板，钢板厚度可在小数点后一位变化：如球罐顶部足球辨，板厚41.5，赤道带42.2，下极带为42.3和42.4mm。但我国用钢板标准不先进，也轧制不出来。104.3.2固定管板换热器的机械场应力分析我国的管板公式本身就是应力分析解，没有必要进行ANSYS分析。117.3吸附塔的疲劳分析分析部位：椭圆形封头上的接管书中说：“根据最大应力强度幅位置上节点做应力评定路径”，不对，不应进行线性化处理。采