ANSYS在石油机械与压力容器设计中的应用
浅析ANSYS技术在化工机械设计中的应用
浅析ANSYS技术在化工机械设计中的应用
ANSYS是一种计算机辅助工程分析软件，广泛应用于各个领域的工程分析和设计中。
在化工机械设计中，ANSYS技术被广泛应用于流体传动、传热、结构分析等方面。
本文将从这几个方面来浅析ANSYS技术在化工机械设计中的应用。
ANSYS技术在化工机械设计中的流体传动分析方面具有重要的应用价值。
在化工设备中，流体传动是一个非常重要的工作环节，如泵、风机、管道等。
ANSYS软件可以通过流场模拟来分析和优化这些传动系统的性能。
通过建立几何模型和流体动力学模型，可以计算出流速、压力分布、压力损失等参数，进而确定传动系统的性能和效率。
ANSYS技术在化工机械设计中具有重要的应用价值。
通过对流体传动、传热和结构的分析和优化，可以提高化工设备的性能、效率和可靠性。
ANSYS软件具有直观的界面和丰富的分析功能，可以使设计人员更加方便和快捷地进行分析和设计工作。
ANSYS技术在化工机械设计中的应用前景非常广阔。
ANSYS在压力容器设计中的应用
ANSYS在压力容器设计中的应用
作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数： 夏忠定 大庆油田工程有限公司 油气田地面工程 OIL-GASFIELD SURFACE ENGINEERING 2007，26(3) 2次
引证文献(2条) 1.张文涛.王晶禹 基于ANSYS的球型储罐防风模拟分析[期刊论文]-安全与环境工程 2009(2) 2.顾慧珍 有限元在快开压力容器设计中应用与注意事项[期刊论文]-中国高新技术企业 2008(22)
本文链接：/Periodical_yqtdmgc200703036.aspx 授权使用：河北科技大学(hbkjdx)，授权号：92ef8f8e-8ad7-4751-864f-9ec101078b22 下载时间：2011年4月10日
非线性屈服分析比特征值屈服分析更加精确。特征 值屈服分析用于预测一个理想弹性结构的理论屈服 状态，其结构比较保守，所以在实际工程中应用比 较少。 ., 压力容器的接触分析 !"#$# 软件提供了强大的接触处理功能，支 持多种接触方式：面 / 面接触、点 / 面接触和点 / 点接触。在压力容器中，大多数物体之间的相互作 用是通过接触来实现的，例如法兰与螺栓的连接、 补强圈与筒体之间的连接等。通过 !"#$# 提供的 接触分析功能模块就可以对这些物体之间的应力进 行分析。法兰接头作为压力容器中的一种可拆性连 接结构，在化工设备中得到了广泛的应用。在对法 兰进行接触分析时，应该考虑到法兰接头中存在材 料和结构等多种非线性、把接头当作一个系统来分 析以及接头的强度和紧密性必须统一分析的情况。 在应用薄壳理论对压力容器开孔补强结构进行设计 时，将其分为接管、补强圈和壳体三部分，在它们 的连接处建立变形协调及力的平衡方程，求解其连 接处的位移及应力。但在这样的求解过程中，认为 补强圈与筒体间没有相对的位移和转角，也未考虑 相互间的接触作用，这与实际状况并不相符。所以 必须应用 !"#$# 软件中接触分析功能，对补强圈 与容器壳体间的接触特性进行模拟。 0, 压力容器的动力学分析 对于户外放置的直立式压力容器设备，应该对 其进行动力学分析，动力学分析包括模态分析、风 载荷动力响应分析和地震载荷动力响应分析。 结构的振动特性决定了结构对各种动力载荷的 响应情况，因此要进行分力载荷和地震载荷动力响 应分析，必须计算结构的固有频率。当结构比较复 杂时，常规使用的解析法就无法准确地求出其固有 频率，此时就要建立有限元模型进行模态分析，求 出其固有频率。模态分析是一种强有力的实验及分 析性工具，可用来确定结构内在的动态特性。通过 模态频率、模态阻尼以及模型等模态参数和动态特 性得以确定。模态分析提取存在于任意结构中的动 态特性。这些动态特性是否影响结构的总体振动特 性取决于输入激励。如果输入激励的频率正好与结 构的某个固有频率一致，那么就会出现共振现象， 从而增强振动响应。通过模态分析，求出结构相应 的固有频率和振动形式，从而全面地了解结构在操 作过程中的自振特性，并将各阶段的基本频率用于 风载荷和地震载荷的动态分析。
ANSYS在石油钻机领域中的应用
ANSYS在石油钻机领域中的应用摘要：ANSYS数值模拟在石油工业中的应用领域，ANSYS具有非常强大的多物理场分析功能和无可比拟的求解深广度，其求解功能几乎涵盖了石油天然气的所有涉及领域。
在石油工业中，ANSYS的研究应用领域很广泛。
关键词：井架系统结构设计；钻柱接头与井下工具优化设计；高压水射流破岩；地面钻井配套设备静、动力学从某种意义上说，石油钻井工程与航天工程相类似，地面以上有井架与钻井动力系统，循环净化系统、后勤安全保障系统等；地面以下包括钻柱、钻挺、井底钻具组合（BHA）或井下动力钻具、导向系统（MWD）、钻头、以及油层目标靶点等。
对于钻井系统中大到系统结构，小到各个部件的力学性能、静态强度、动力学特性都对钻井系统产生重要影响，而钻井系统中的系统结构和大多数零部件都可以采用ANSYS有限元仿真进行模拟分析。
ANSYS分析系统可以在诸方面发挥优势作用。
1ANSYS对石油钻机井架的结构设计作为石油钻采设备钢结构的重要组成部分，其杆件多、受力复杂，且由于使用工况复杂，对其进行精确的计算和分析十分重要。
石油钻采井架结构型式种类繁多，除少数特殊井架外，基本类型有塔形、前开口式、A形等。
ANSYS的结构静力分析可用来求解外载荷引起的位移、应力和力。
静力分析很适合求解惯性和阻尼对结构的影响并不显著的问题。
ANSYS程序中的静力分析不仅可以进行线性分析，而且也可以进行非线性分析，如塑性、蠕变、膨胀、大变形、大应变及接触分析。
南阳石油机械厂应用ANSYS软件对225吨开口直立式海洋平台石油钻机井架进行静力分析。
应用ANSYS提供的APDL语言对各构件单元按照API Spec 4F 规范要求进行校核，判断各构件是否满足安全性要求但仅知各构件的应力并非完全可知各构件是否满足设计规范的安全性要求。
对于几百个构件的井架进行校核，其计算量是相当大的，而采用ANSYS提供的工程语言APDL大大简化了计算过程。
钻柱在钻井过程中承受的载荷主要有：轴向载荷，扭矩，弯矩，钻柱与井壁摩阻力等。
ANSYS有限元分析在石油工业中的应用
ANSYS有限元分析在石油工业中的应用引言:ANSYS有限元分析（Finite Element Analysis）是一种通过数值方法来模拟和分析工程结构在不同工况下的应力、应变、温度和变形等物理现象的技术。
在石油工业中，ANSYS有限元分析可以应用于油井钻探、油井完井、油井生产、油井压裂等各个环节中，帮助工程师优化设计和提升工作效率。
1.地层力学分析ANSYS有限元分析可以对地层力学进行建模和仿真，帮助工程师了解地层中的应力和变形特性。
通过对地层进行模拟，可以预测地层中的应力分布、变形情况，从而优化油井的设计和施工方案，提高油井的钻孔质量和完井效果。
2.油管强度分析油管在油井中承受着高温高压和复杂工况下的载荷，因此油管的强度分析是非常重要的。
通过ANSYS有限元分析，可以对油管的受力情况进行建模和仿真，了解油管受力、应力和变形情况，从而评估油管的强度和安全性。
此外，也可以在设计阶段对油管进行优化，提升其抗压能力和抗拉能力。
3.放射状碎裂模拟在油井压裂过程中，通过高压液体将地层岩石破碎，以增加油井的产能。
ANSYS有限元分析可以模拟压裂过程中的放射状碎裂，研究岩石的断裂特性和裂缝扩展规律。
通过模拟和分析，可以优化油井的压裂工艺，提高压裂效果和油井的产能。
4.油藏渗流分析油藏渗流分析是石油工业中非常重要的一项研究内容，它可以揭示油藏中的油水气流分布、渗流路径和油水气的运移规律，对于油藏开发和油井生产有着重要的指导作用。
ANSYS有限元分析可以模拟油藏中的渗流过程，通过建立数学模型和参数模拟流体的运动和连续方程。
通过模拟和分析，可以评估油藏开发的效果，指导油井生产的调整。
5.油井完井优化ANSYS有限元分析还可以用于油井完井的优化设计。
通过模拟和分析常规完井工具和技术的使用效果，可以评估完井的质量和效果。
此外，可以借助ANSYS软件的优化功能，对完井方案进行优化，提高完井效率和产能。
结论:ANSYS有限元分析在石油工业中的应用非常广泛，它可以用于地层力学分析、油管强度分析、压裂模拟、油藏渗流分析和油井完井优化等方面。
ANSYS子模型技术在压力容器分析设计中的应用
第 ３ ６卷 增 刊 ２０ ０ ７年 ８月
石
油
化
工
设
备
Ｖｏ１ ３６ Ｓｕｐ ｅ ｅ ． ｐｌ ｍ ｎｔ Ａｕ ２ ７ ｇ． ００
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应力 ： ①壳 体 开 孔 以后 ， 孔 处 的 承 载 截 面 面 积 减 开
ｌ 子 模 型 概 述
子模型通 常是用来 在 原模 型 基础 上获 取更 为精 确结果 的一种 方法 ， 即从 已分 析的模 型上截取 部分 区
域， 对该 区域 的 网格进 行 细划后 进 行 二次应 力 分析 ，
少 ， 而使 该界 面 的平 均应 力增 大 ， 从 而增 大的应 力则
集 中分布 在开孔 边 缘处 ， 因此 在 开孔 边 缘 处会 引起
较大 的局 部 薄 膜 应 力 。② 开 孔 接 管 和 容 器 壳 体 相
贯 ， 贯 的两壳体 在 压 力作 用 下会 产 生 不 一致 的径 相 向膨胀 ， 了使 两部件 在连 接点 的变形 相协 调 ， 为 必然 会产 生一组 自平 衡 的边 界 内力 ， 些 内力 在 开孔 边 这 缘处 引起局 部 的弯 曲应 力 。②壳 体 开孔边缘 与接 管
建立子 模 型 、 成切 割 边界 插 值 及 分 析 子模 型 ４个 生
步骤 。
的连接 处还 会产 生一种 由于应力 集 中造成 的分 布范
围很 小而应Байду номын сангаас力值 很 高 的 峰 值应 力 。因此 ， 器开 孔 容
后， 不仅整 体强度 受到 削弱 ， 而且 还在 开孔 处 引起应
收 稿 日期 ：２ ０ — ４ ｌ ０ ７０ 一 ２
压力容器ANSYS教程
压力容器ANSYS教程在本教程中，我们将使用ANSYS软件来模拟压力容器的行为。
压力容器是一种用于存储液体或气体的设备，它需要承受内部压力的作用。
正确的设计和优化可以确保容器在使用过程中能够安全可靠地工作。
1. 创建几何模型：打开ANSYS软件并选择适当的工作区。
使用几何建模工具来创建压力容器的几何形状。
可以使用各种几何建模操作，如拉伸、变换和旋转来构建容器的形状。
确保容器的几何形状符合设计要求。
完成后，保存几何模型。
2. 定义材料属性：选择适当的材料并为其定义相关的力学和弹性特性。
根据容器的材料选择合适的材料模型，并提供材料的弹性模量、泊松比和密度等参数。
这些参数将用于模拟压力容器的行为。
3. 设置边界条件：为了准确模拟压力容器的行为，我们需要设置适当的边界条件。
首先，选择容器的底部作为固定边界条件，并将其锚定在原点上。
然后，选择容器的顶部作为压力加载的边界条件。
根据设计要求，输入适当的压力值。
这将模拟容器内部的压力作用在容器壁上。
4. 生成网格：在模拟之前，需要生成适当的网格。
使用ANSYS的网格生成工具来生成具有适当网格密度的网格。
确保网格能够更好地表示容器的几何形状，并且在需要的区域具有更高的网格密度。
完成网格生成后，检查网格的质量并进行必要的调整。
5. 定义分析类型：选择适当的分析类型来模拟压力容器的行为。
常见的分析类型包括静力分析和动态分析。
在这个例子中，我们将进行静力分析，因为压力容器的行为可以看作是一个稳定的状态。
6. 进行分析：在进行分析之前，确保所有设置和边界条件都正确配置。
然后运行分析以模拟压力容器的行为。
分析结果将包括应力和应变分布、变形情况和位移等。
根据这些结果来评估容器的安全性和设计。
7. 结果分析和优化：根据分析结果进行结果分析和容器的优化。
如果分析结果显示容器的应力超过材料的极限或设计要求，则需要调整容器的几何形状或材料属性。
这个过程需要反复进行，直到满足设计要求。
基于ANSYS的压力容器应力分析
基 于 ＡＮＳ ＹＳ的压 力 容 器 应 力 分 析
龙 志勤 ， 志刚 王
（ 东石 油化 工学院 力学实验 中心 ， 广 广东 茂名 ５ ５ ０ ） ２ ００
摘 要 ： 压力容器的设计过程 中， 用 Ａ Ｓ Ｓ 在 利 Ｎ Ｙ 有限元软件进行应 力分析 ， 获得 了压力容 器的最 大应 力和应 变， ＮＳ Ｓ分析 结果与 Ａ Ｙ
图 １ 有限元模型 图 ２ 整体变形
ห้องสมุดไป่ตู้
工作 温度 ４ ｏ ０Ｃ； 压力 容器壳体材料 密度 ７８ ０ｋ／ ０ ｇ ； ｍ
物 料 密度 １ ８ ｇｍ ； ０ｋ／ ３ ０
３ 结果 分析
３ １ 整 体 变 形 分析 ．
在鞍座处 ， 一端采用 固支约束 ， 另一端采用简支约束 ； 壳体 材料 为 ｏＣ ｌＮ ｌ ，屈服强 度 １７Ｍ ａ ｏ ｒ９ ｉ０ ７ Ｐ ，抗 拉强度 ４ ０ＭＰ ， ８ ａ 弹性模量 ２×Ｉ Ｐ ， Ｉ Ｍ ａ 泊松 比 ０３ Ｙ ．； 不考虑 容器两端 的封头 ，在容 器与封头相连接 的横 截面 上作用着等效轴 向拉力 ， 其数值为 ８ ７Ｍ ａ ． Ｐ ； ５
压力 容器是石油 化工 、 机械 、 轻工 、 品等多种工 业领域 食
中广泛使 用的承压容器设备。 压力 容器的设计 ， 目前可分为规 则设计和分析设计两种。 规则 设计的理论基础 ， 是材料力学 和板壳理论 ， 以弹性失 效为设计 准则【 Ｉ Ｊ 为容器只有处 于弹性阶段才是安全 的 ， 。认 如 果容器 内某点 的最 大应力 达到或超 出材料 的屈服极限 ，就认 为容器失效。按这种方法设计 的容器 ， 是偏于安全 的， 设计结 果 比较保 守。 分析设计 的理论基础 ， 板壳力学 、 是 弹塑性理论及 有限元
ANSYS在化工机械设计中的应用
摘要：随着化工行业的快速发展，更是对机械设备性能提出了更高要求，机械设计难度随之提高，传统设计模式已不能满足化工机械发展需求，这便迫使着化工机械设计模式改革创新。
而ANSYS给化工机械设计提供了新路径、新环境，基于ANSYS环境下的化工机械设计不仅设计效果直观，且设计过程操作简单，在提高化工机械设计质量和效率，减小设计误差的同时，更缩短了设计周期，节约了设计成本，降低了设计难度。
本文介绍了ANSYS特点和功能，分析了ANSYS软件在化工机械设计中的应用。
关键词：ANSYS 技术；机械设计；应用1 ANSYS特点和功能ANSYS是美国ANSYS公司研发的FEA软件，能与大部分计算机辅助设计软件接口进行数据交换与共享。
该软件操作方便，直观性强，广泛应用于机械制造、土木、石油化工、生物化学等领域，是主流有限元分析软件，能用来分析、求解结构、流体、碰撞、电磁场等问题。
软件系统主要模块包括：后处理模块、前处理模块、分析计算模块，而且有强大实体建模工具，模拟效果非常强，后处理模块能以多种数据形式进行结果显示：如矢量显示、梯度显示、透明显示、立体显示等，提供的单元素材超过一百种以上。
而且具有能与互联网融通，仿真各类结构材料，简化复杂流体动力学问题，进行结构静力、结构动力、结构非线性分析，历年FEA 评比中都名列第一，在机械设计领域占据着重要位置。
该软件提出了参数化设计概念，突破了人工设计模式，软件集成性、功能性强，采用模块化方式为用户提供服务，提高了机械设计灵活性。
而且分析模拟解决均可轻易修改，有效弥补了传统设计模式中，修改困难的问题，提升了设计质量和准确性，减少了误差，更减低了设计成本和难度，实现了信息化、现代化机械设计。
因此，化工机械设计中应积极推广和运用ANSYS技术。
2.1 利用ANSYS软件对模拟换热器内流体换热过程进行设计在ANSYS软件中，其中有一个叫FLOTRANCFD的分析功能，它主要是对二维和三维流体流动场进行分析的先进功能。
利用ANSYS软件对压力容器进行应力分析
利用ANSY S软件对压力容器进行应力分析韩 敏(西安科技大学,西安710054)摘要:利用ANSY S有限元软件对压力容器进行应力分析,获得了压力容器的应力分布图。
经分析发现,ANSY S软件分析的结果与真实情况基本一致。
整个建模、分析过程充分说明ANSY S 软件为压力容器的结构设计提供了可靠、高效的理论依据。
关键词:压力容器;ANSY S;有限元;应力分析中图分类号:TH49 文献标志码:A 文章编号:100320794(2008)0120073202Stress Analysis of Pressure Contain with ANSY S Softw areH AN Min(X i’an University of Science and T echnology,X i’an710054,China)Abstract:The static force im paction of a pressure contain with ANSY S s oftware was analysed and the stress distribution drafts of them were g otten.Through theories analysis,the result of finite-element analysis is proved to be acceptable,and it provides the theories support to today’s machine optimize design.K ey w ords:pressure contain;ANSY S;finite-element;stress analysis计方法,得出的结构强度结果比较保守,这就限制了容器整体性能的提高和材料的有效利用。
分析设计依据标准JB4732《钢制压力容器—分析设计标准》,它是基于“塑性失效”与“弹塑性失效”准则,其理论基础是板壳力学、弹性与塑性理论及有限元法,是根据具体工况,对容器各部位进行详细地应力计算与分析,在不降低设备安全性的前提下选取相对较低的安全系数,从而降低了结构的厚度,使材料得到了有效的利用。
ansys在机械与化工装备中的应用
ansys在机械与化工装备中的应用ANSYS是一款先进的通用有限元分析软件，被广泛应用于机械和化工装备的设计和分析中。
该软件能够对结构、流体、热传导等不同物理场进行模拟，具有高精度、高效率和可靠性等优点，被业界广泛认可。
一、机械装备中的应用1. 结构分析ANSYS在机械装备的结构分析中有着广泛的应用。
通过建立三维模型，可以对各种结构进行力学性能分析，如应力、变形、疲劳等。
这对于机械装备的设计和优化非常有帮助，在原型设计之前可以通过有限元分析的手段来优化设计方案，减少试错成本和时间。
2. 热传导分析机械装备受热问题是一个不容忽视的问题。
ANSYS可以通过基于热传导的分析来评估机械设备中的热问题。
该软件可以分析机械设备在运行过程中的热分布情况，使工程师能够优化设备，减少高温区域的出现，从而避免可能的故障和损坏。
3. 动力学分析机械装备的动力学性能直接影响着其使用寿命和性能。
ANSYS可以通过建立复杂的动力学模型来评估机械装备的多种因素，如振动、惯性、刚度等。
这个模型可以为机械装备的设计和优化提供重要的数据，同时也可以增加装备的可靠性和安全性。
1. 地基稳定性分析化工装备承受地基的负荷时，地基的稳定性是至关重要的问题。
ANSYS可以通过有限元方法来对地基的稳定性进行分析，通过分析地基变形，可以预测地基稳定性，并帮助工程师优化设计方案，从而确保化工装备的安全性。
2. 压力容器分析许多化工装备中包含高压容器，所以安全性是一个非常重要的问题。
通过ANSYS的分析，可对容器的强度进行评估，从而确保容器在工作状态下能够承受相应的压力。
同时，还可以对焊接和接头的设计及其材料进行评估，以确保它们的强度和可靠性。
化工装备中的流体力学问题也非常复杂。
ANSYS在这方面的应用是非常广泛的，可以评估化工装备中的各种流体流动情况，如速度、压力、浓度、流量等。
依据这些数据，工程师可以调整设备设计，以最优化的方式来处理流体问题。
ANSYS在压力容器设计中的应用
压力容器----ANSYS在工业产品设计中的应用（1）压力容器是石油化工行业的重要设备，对于压力容器的设计至关重要，在设计研发过程中常涉及到强度、稳定性、疲劳寿命等多方面的工程问题。
随着现代CAE仿真技术的日趋成熟，企业完全可以将这种先进的研发手段与试验和经验相结合，形成互补，从而提升研发设计能力，有效指导新产品的研发设计，节省产品开发成本，缩短开发周期，从而大幅度提高企业的市场竞争力。
安世亚太ANSYS仿真工具在1996年通过压力容器标准化委员会认定。
下文是CAE仿真技术在解决压力容器产品研发部分常见工程问题的简要介绍：一、压力容器的强度问题✓压力容器整体强度、变形分析✓封头、开孔及补强零部件校核✓压力容器热应力分析✓法兰连接的螺栓强度分析✓压力容器稳定性分析压力容器在结构设计中需要考虑不同工作状态下的应力和变形。
ANSYS软件可以帮助解决在不同的工况条件下，结构零部件的强度、刚度及稳定性校核问题。
二、压力容器的动力学问题1.压力容器的模态分析✓压力容器的瞬态动力学分析✓压力容器的随机振动分析✓压力容器的谱分析ANSYS软件可以分析压力容器在诸如地震载荷下的瞬态动力学响应分析，通过输出零部件的位移随时间变化的曲线，分析压力容器的最大动应力。
三、压力容器的疲劳问题✓压力容器焊接接头的疲劳分析✓热应力的疲劳分析✓振动疲劳分析产品的抗疲劳性能和可靠性会直接影响其在市场竞争中的成败。
ANSYS高级疲劳分析和设计软件可以分析压力容器在交变载荷等的疲劳分析。
四、压力容器的优化分析✓阀门、封头等零部件的优化设计✓压力容器整体质量优化对压力容器以及阀门等零部件三维有限元强度分析与结构形状优化设计，以达到重量最轻、或应力最小、或寿命最长、或温度分布最均匀等目标。
五、相关CAE软件模块介绍✓几何建模：AnsysDesignModeler、Ansys SCDM✓结构仿真分析：AnsysMechanical✓疲劳寿命分析：AnsysnCodeDesignlife、Fe-safe、Ansys Fatigue✓设计优化分析：AnsysDesignXplorer。
解析ANSYS在化工机械设计中的应用
分析结果 即每个节点的压力与通过每个单元的流率， 还能通过后处理功能用
图形展示压力 、 温度、 流率的图形显示 ， 还能通过热流管单元模拟结构与三
维表面效应单元的流体绕流及对流换热效应 。 以下将使用 Ｆ Ｌ Ｏ Ｔ Ｒ Ａ Ｎ Ｃ Ｆ Ｄ模 块来模拟套管换热器内流体的流场与温度分布情况。 套管换热器的外管直径为 ３ ９ ａ ｒ ｍ，内管规格为ｅ Ｐ ２ ５ ×２ ｍ ｍ，长 ２ ５ ０ ０ ａｍ。 ｒ 用沸水加热初始温度为 ５ ￣ Ｃ的某气体 ，水走管隙，气体走管内，逆向流动 ， 气体与水的流速分别为 ０ ． １ ｍ ／ ｓ 与Ｏ ． ０ １ ｍ ／ ｓ 。气体密度为 ０ ． １ ７ ８ ５ ｋ ｇ ／ ｍ ，粘度为
一
．
力容器与换热器为例 ，采用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ对厚壁圆通受压过程与换热器换热过程 进行了计算模拟 ，并将所得结果与理论计算结果进行对比，验证误差大小。
１ ． 厚 壁圆 筒应 力计算
度非常高 ，与实际情况吻合度非常高。此外，Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ还具有强大的后处理 功能 ，能用较少的花费提供很多用解析方法与试验方法难以得到的细节信 息，为压力容器设计提供准确的数据，指导设计进行。
在１ ７各 部委推 广 的软件 。鉴 于 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ的重 要地 位 ，本 文 就其在 化工 机械设 计 中的应 用进 行 了探讨 ，希 望能 为广大 同行 提供 参考 。 『 关键 词］ Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 化工 机械
中 图分类 号 ：Ｔ Ｋ ２ ８ ４ ． ２
应力 分析
辅 助分 析 热 分析
１ ． ８ ８×ｌ ｆ Ｎ． ｓ ／ ｍ２
，
导 热系数 为 Ｏ ． １ ４ ４ Ｗ／ （ Ｉ ｎ ． ℃ ），比热容 为 ３ ． １ ８ Ｋ Ｊ ， （ ｋ ｇ ． ℃） 。
ansys 在压力容器分析中的应用实例.
ANSYS 14.0 软件培训–压力容器第二部分实例操作中益 CAE 工作室2012.12实例一接管的应力分析1. 本例主要分析封头上接管应力强度,同时还要查看封头上人孔大开口对接管的强度影响。
2. 按照图纸一,建立几何模型。
3.划分网格:3.1 讲模型分割成上图所示的几何模型,以方便网格的划分。
3.2 做简单的几何边网格划分。
设置如下:3.3 划分最后的网格如下: 封头采用六面体划分4. 施加载荷及边界条件:5. 分析结果:6.定义线性路径及应力评定:由于我们在做分析报告时需要线性化评定,虽然在 WORKBECH 与经典中线性化结果相同,但是大家都习惯了经典分析数据的显示。
我们将 WORKBECH 分析结果导入经典中如下:PRINT LINEARIZED STRESS THROUGH A SECTION DEFINED BY PATH= A-A DSYS= 0***** POST1 LINEARIZED STRESS LISTING *****INSIDE NODE = 101466 OUTSIDE NODE = 101468LOAD STEP 1 SUBSTEP= 1TIME= 1.0000 LOAD CASE= 0THE FOLLOWING X,Y,Z STRESSES ARE IN THE GLOBAL COORDINATE SYSTEM.** MEMBRANE **SX SY SZ SXY SYZ SXZ 7.604 23.44 61.44 -6.459 -0.8720E-01 0.4231 S1 S2 S3 SINT SEQV61.45 25.73 5.301 56.15 49.22** BENDING ** I=INSIDE C=CENTER O=OUTSIDESX SY SZ SXY SYZ SXZI 90.83 33.10 39.88 -8.484 -0.2168致力于 CAE 解决方案与培训 0.2947 C 0.000 0.000 O -90.83 0.2947 S1 I 92.06 C 0.000 O -31.88 0.000 -33.10 S2 39.89 0.000 -39.89 0.000 -39.88 S3 31.88 0.000 -92.06 0.000 8.484 SINT 60.18 0.000 60.18 0.000 0.2168 SEQV 56.60 0.000 56.60 - ** MEMBRANE PLUS BENDING ** O=OUTSIDE SX I 98.44 0.7178 C 7.604 0.4231 O -83.23 0.1285 S1 I 103.5 C 61.45 O 21.56 SY 56.54 23.44 -9.668 S2 101.0 25.73 -9.613 ** PEAK ** SY 6.108 -3.046 6.074 S2 5.724 -1.987 2.223 ** TOTAL ** SY 62.65 20.39 -3.594 SZ 101.3 61.44 21.56 S3 51.76 5.301 -83.29 I=INSIDE C=CENTER SYZ -0.3040 -0.8720E-01 0.1296 SEQV 50.56 49.22 93.25 SXZ SXY -14.94 -6.459 2.025 SINT 51.74 56.15 104.8 SX I 16.79 0.7242E-01 C -5.157 0.3260E-01 O 3.831 0.5797E-01 S1 I 30.90 C 4.472 O 20.33 I=INSIDE C=CENTER O=OUTSIDE SZ SXY SYZ5.724 -18.69 -0.1654 -1.987 2.224 S3 -7.992 -12.67 -10.42 8.507 -15.34 SINT 38.89 17.15 30.75 0.6424E-01 -0.9160E-01 SEQV 34.16 15.00 26.77 SXZ SX I 115.2 0.7902 C 2.447 0.3905 O -79.40 I=INSIDE C=CENTER O=OUTSIDE SZ SXY SYZ 107.1 -33.64 -0.4693 59.46 23.78 2.049 -13.31 -0.2296E-01 0.3795E-01 SXZ 中益 CAE 工作室 13646276 687致力于 CAE 解决方案与培训 0.1864 I 22.00 C 59.46 O 23.7822.00 S1 131.7 S2 107.0 20.62 -1.325 S3 46.25 2.214 -81.67 SINT 85.42 57.25 105.5 SEQV 76.15 50.62 95.41 TEMP 实例二带有螺栓预紧力的非标法兰应力分析中益 CAE 工作室 13646276 687。
基于ANSYS的典型压力容器应力分析设计
基于ANSYS的典型压力容器应力分析设计基于ANSYS的典型压力容器应力分析设计2010年第3期（总第136期）【摘要】研究从工程实践应用需求出发，采用ANASYS9.0有限元软件对容器进行详细的应力分析计算，对不同类别的应力进行分类和强度评定。
应力强度满足分析设计标准，确保了容器的安全可靠性。
【关键词】应力；强度；压力容器；分析设计；有限元1研究的目的和意义过去，压力容器及其部件的设计基本采用常规设计法,以弹性失效准则为基础，材料的许用应力采用较大的安全系数来保证，一般情况常规设计仅考虑容器壁厚中均匀分布的薄膜应力，不考虑其他类型的应力，如局部高应力和边缘应力均不考虑等,常规设计不讨论由此而产生的多种失效形式。
分析设计以塑性失效和弹塑性失效准则为基础，并引入安全寿命的概念，对具有循环加载特征的部件进行疲劳分析。
比较详细地计算了容器和承压部件的各种应力，对应力进行分类，再采用不同的应力强度条件给予限制[1]。
本课题研究的目的是对石油化工生产中广泛使用的典型压力容器进行应力分析，应用ANSYS软件编写参数化设计程序，对典型压力容器中的筒体、椭圆形封头、锥形封头，开设人孔、接管等进行应力分析，为压力容器的分析设计提供一种比较通用的设计方法。
2钢制压力容器设计的两种规范GB 150－1998《钢制压力容器》是以弹性失效准则为理论基础，导出较为简单的适合于工程应用的计算公式，求出容器在载荷作用下的最大主应力，将其限制在许用应力值以内，即可确定容器的壁厚。
在标准所规定的适用范围内，按标准要求所设计、制造的容器是安全可靠的。
JB 4732－1995《钢制压力容器——分析设计标准》是以弹塑性失效准则为理论基础，应用极限分析和安定性原理，允许容器材料局部屈服，采用最大剪应力理论，以主应力差的最大值作为容器发生垮塌和破坏的依据。
标准要求对容器所需部位的应力作详细计算，并进行强度评定和疲劳分析。
3典型钢制压力容器设计案例分析3.1 设计条件3.1.1 压力容器设计结构尺寸参数本案例选择石油化工生产中的典型压力容器进行应力分析设计，如图1所示。
浅析ANSYS技术在化工机械设计中的应用
浅析ANSYS技术在化工机械设计中的应用科学技术的快速进步促进了我国化工机械制造行业的经济发展，我国化工机械制造领域已经在设计软件上取得了一定的成就，例如ANSYS软件技术、IDEAS 软件技术等等。
当前，我国化工机械制造技术在运用过程中，仍旧还存在着一些问题。
因此，文章将对ANSYS软件技术在化工机械设计中的应用进行研究，从而促进我国化工机械设备的设计越来越完善，满足当前使用需求。
标签：ANSYS技术；机械设计；化工机械；实践应用1 概述改革开放以来，我国通过引进国外先进的化工机械制造技术来促进我国化工机械制造行业的发展。
到了二十一世纪，随着计算机技术的快速发展，人们对机械设备的性能要求变得越来越严格。
由于化工机械设计较为复杂，研发人员为了更好的提升化工机械设备的使用功能，通过深入研究，开发出了一款能够应用于化工机械设计的ANSYS软件技术。
ANSYS软件技术在很大的程度上改善了传统机械设计模式，给化工机械制造领域带来了新的改革和创新，为化工机械行业带来了新的发展路径。
ANSYS软件技术是目前国际上使用的最多的一种化工机械软件技术。
通过ANSYS软件技术能够使化工机械设计的效果变得更加直观，操作变得更加简便，还能够降低设计误差，缩短设计开发周期，我国化工机械技术已經在制造领域上得到了飞速的发展。
2 ANSYS软件技术在化工机械设计过程中的发展现状ANSYS软件技术是由美国知名企业研发设计出来，这款软件在问世以后，得到了人们的大量关注。
因为，ANSYS软件技术能够应用于石油化工行业领域、机械制造领域、土木工程领域等。
该软件能够以多种数据形式来显示模拟效果，能够提供超过一百种的单元素，能够与互联网进行联通。
此外，ANSYS软件技术还能够解决仿真类结构材料，结构动力和非结构动力的线性分析等等，因此，在机械设计领域上占据着重要的地位。
由于ANSYS软件技术在化工机械设计中有着非常明显的优势，因此，人们对于化工生产的机械设备性能上有着较高的要求。
ANSYS在压力容器设计中的应用
压力容器----ANSYS在工业产品设计中的应用（1）压力容器是石油化工行业的重要设备，对于压力容器的设计至关重要，在设计研发过程中常涉及到强度、稳定性、疲劳寿命等多方面的工程问题。
随着现代CAE仿真技术的日趋成熟，企业完全可以将这种先进的研发手段与试验和经验相结合，形成互补，从而提升研发设计能力，有效指导新产品的研发设计，节省产品开发成本，缩短开发周期，从而大幅度提高企业的市场竞争力。
安世亚太ANSYS仿真工具在1996年通过压力容器标准化委员会认定。
下文是CAE仿真技术在解决压力容器产品研发部分常见工程问题的简要介绍：一、压力容器的强度问题✓压力容器整体强度、变形分析✓封头、开孔及补强零部件校核✓压力容器热应力分析✓法兰连接的螺栓强度分析✓压力容器稳定性分析压力容器在结构设计中需要考虑不同工作状态下的应力和变形。
ANSYS软件可以帮助解决在不同的工况条件下，结构零部件的强度、刚度及稳定性校核问题。
二、压力容器的动力学问题1.压力容器的模态分析✓压力容器的瞬态动力学分析✓压力容器的随机振动分析✓压力容器的谱分析ANSYS软件可以分析压力容器在诸如地震载荷下的瞬态动力学响应分析，通过输出零部件的位移随时间变化的曲线，分析压力容器的最大动应力。
三、压力容器的疲劳问题✓压力容器焊接接头的疲劳分析✓热应力的疲劳分析✓振动疲劳分析产品的抗疲劳性能和可靠性会直接影响其在市场竞争中的成败。
ANSYS高级疲劳分析和设计软件可以分析压力容器在交变载荷等的疲劳分析。
四、压力容器的优化分析✓阀门、封头等零部件的优化设计✓压力容器整体质量优化对压力容器以及阀门等零部件三维有限元强度分析与结构形状优化设计，以达到重量最轻、或应力最小、或寿命最长、或温度分布最均匀等目标。
五、相关CAE软件模块介绍✓几何建模：AnsysDesignModeler、Ansys SCDM✓结构仿真分析：AnsysMechanical✓疲劳寿命分析：AnsysnCodeDesignlife、Fe-safe、Ansys Fatigue✓设计优化分析：AnsysDesignXplorer。
ANSYS有限元分析在石油工业中应用(全面)
第一章引言计算机软硬件技术的迅猛发展，给工程分析、科学研究以至人类社会带来急剧的革命性变化 ，数值模拟即为这一技术革命在工程分析、设计和科学研究中的具体表现。
数值模拟技术通过汲取当今计算数学、力学、计算机图形学和计算机硬件发展的最新成果，根据不同行业的需求，不断扩充、更新和完善。
现代化石油科技的一个突出特点就是把原有的石油及其它学科的理论、方法与不断发展的计算机技术结合起来，采用多学科联合攻关，从而形成新的石油理论和方法或制造出新型仪器、工具和设备，以最现代化的计算机软硬件技术为手段综合应用多学科技术解决石油天然气工业中的技术难题，进而提高油气勘探、开发、开采、运输与油气加工工程的科学技术水平和经济效益。
近三十年来，计算机计算能力的飞速提高和数值计算技术的长足进步，诞生了商业化的有限元数值分析软件，并发展成为一门专门的学科－计算机辅助工程CAE。
这些商品化的CAE软件在石油天然气工业领域的应用不断普及并逐步向纵深发展，CAE工程仿真在石油天然气工业设计中的作用变得日益重要。
在众多的CAE软件中，在石油领域应用最多、最广的软件是ANSYS软件。
在石油天然气工业领域，CAE仿真在产品开发、研制与设计及科学研究中已显示出明显的优越性：CAE仿真可有效缩短新产品的开发研究周期虚拟样机的引入减少了实物模型的试验次数大幅度地降低产品研发成本在精确的分析结果下制造出高质量的产品能够快速的对设计变更作出反应能充分的和CAD设计结合并对不同类型的问题进行分析能够精确的预测出产品的性能1－2、ANSYS数值模拟在石油工业中的应用领域ANSYS具有非常强大的多物理场分析功能和无可比拟的求解深广度，其求解功能几乎涵盖了石油天然气工业的所有设计领域。
在石油工业中，ANSYS的研究应用领域包括：地球物理勘探 油气开发工程 石油钻井工程 采油工程油田地面工程建设 石油机械工程 油气储运工程 海洋石油工程 压力容器设计图 1－2、ANSYS 油藏构造应力场反演结果 图 1－3、ANSYS 传动齿轮滚动接触应力图1－4、ANSYS 计算流体力学分析 图1－5、ANSYS 石油套管外挤变形仿真图1－1、ANSYS 四桩腿采油平台设计第二章 ANSYS在油气勘探开发中的应用油气勘探开发工程的研究内容之一是进行盆地多学科综合研究，以提高对区域地质和石油地质的认识。
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5、同轴式反应－再生器
催化两器－反应再生器是炼厂关键设备之一，近几年来催化两器曾发生过多起裂纹引起的失效案例。为了降低两器设计应力水平，提高安全度，采用ANSYS的热分析与结构分析以及耦合模块，对同轴式反应－再生器的整体结构、封头、筒体、裙座、封头、人孔与接管等部位进行了全面温度场模拟与结构应力分析，并进行了适当结构尺寸改变，达到了减低工作应力的目的。以下给出计算结果。
机械装备与压力容器多用焊接结构连接，ANSYS的“单元死活技术”、和“相变分析技术”为焊接过程的模拟提供了完善的解决方案。单元死活技术可以模拟材料的去除与添加过程，随焊缝中焊料的不断加入，可不断激活相应的部分单元，使其参与传热承载相变分析可准确地模拟焊料由液相到固相的过程，待计算到焊缝中的焊料全部冷却凝固，即可以得到焊接件的残余应力和变形；改变单元激活的步骤及时间，即可得到不同的焊接工艺的焊接结果，从而为焊接过程的优化提供依据。
图1、ANSYS对四通应力分析
近十年来，已经有近百不同版本的ANSYS软件在压力容器行业发挥着巨大作用。使ANSYS在压力容器行业占据了国内95%以上的市场份额，成为压力容器分析设计的事实上的标准。ANSYS为推动CAE分析设计在该领域的普及做出了卓有成效的工作，为提高我国压力容器的分析设计水平作出了巨大的贡献。
油田生产中使用的一种大通径高压阀门，其设计通径达82mm，使用内压16MPa，为保证安全，根据设计方要求，针对该阀门的设计原型进行了三维有限元强度分析与结构形状优化设计，通过ANSYS分析使得优化后的阀门最大应力降低达20％。下图给出ANSYS计算结果。
图4井口高压阀门应力分析与优化
3、恒流量往复泵凸轮传动机构凸轮副接触应力计算
图5凸轮副接触应力
4、真空过滤器
扬子石化设计的真空过滤器长度为2774mm，最大外经Φ1700mm，过滤器之上分布3570个Φ28mm的滤孔。结构为薄壳网状筒形，过滤器在自重、物料重及真空度作用下承受扭矩。为保证过滤器安全，由石油大学采用ANSYS对过滤器进行变形与刚度分析，为改进设计提供参考依据。分析模块：结构分析。单元类型：典型薄壳，选择SHELL93、SHELL63单元。图6-6给出建模与计算结果。
ANSYS的疲劳与蠕变分析功能能解决常值载荷或常值位移作用下元器件的非线性变形或松弛，确定在周期载荷、随机载荷以及变化的热场作用下部件或整体结构的疲劳寿命，程序提供了超弹性、多线性、Anand模型、粘弹性、超塑性等材料模式。
某型号油田钻井泵传动机构的凸轮副曾经一度出现短期损坏，严重影响了油田生产，采用ANSYS仿真分析技术对凸轮传动机构以及凸轮副的接触应力进行了分析，并对凸轮副进行相应的形状优化设计，有效地解决了凸轮副短期失效问题。图5凸轮副接触应力。
2、高压阀门结构优化设计
ANSYS程序提供了两种优化的方法：零阶和一阶方法。零阶方法是一个很完善的处理方法，可以很有效地处理大多数的工程问题。一阶方法基于目标函数对设计变量的敏感程度，因此更加适合于精确的优化分析。这两种方法可以处理绝大多数的优化问题。
对于这两种方法，ANSYS程序提供了一系列的分析——评估——修正的循环过程。就是对于初始设计进行分析，对分析结果就设计要求进行评估，然后修正设计。这一循环过程重复进行直到所有的设计要求都满足为止。除了以上两种优化方法，ANSYS程序还提供了一系列的优化工具以提高优化过程的效率。例如，随机优化分析的迭代次数是可以指定的。随机计算结果的初始值可以作为优化过程的起点数值。
图12 ANSYS连接件接预紧疲劳分析图13 ANSYS阶梯轴断裂疲劳分析
图7、ANSYS同轴式反应－再生器分析结果
6、预处理塔应力及疲劳分析
ANSYS对预处理塔进行应力与疲劳分析的计算结果见下图。
图8 ANSYS预处理塔应力及疲劳分析
7、换热器应力分析
ANSYS对换热器的管板、封头、波纹管等部件进行温度与应力分析，分析结果见下图。
图9、ANSYS换热器应力分析
8、焊接过程残余应力分析
承受高温高压的压力容器设计中常常需要进行弹塑性、蠕变、大变形等非线性分析。起停机等变化的工况引起结构的交变应力，疲劳强度亦是容器设计中必需考虑的问题。
对于大型容器的结构，静强度设计不能完全满足要求，因而动强度的分析计算能为容器设计所必需的。ANSYS动力学分析功能可求解结构的非线性时程响应，谱分析可用于结构的地震响应分析。ANSYS特有的流体单元可解决盛液容器的动力计算，分析盛液容器的模态及地震响应。
图10ANSYS进行的焊缝应力分析，分析中采用了“死活单元”技术
9、疲劳与剩余强度分析
ANSYS具有功能强大的疲劳分析能力，疲劳分析具有以下特点：
·方便的·多种的载荷历史组合方式
·考虑多种影响疲劳寿命的因素
·丰富的疲劳分析模型
·分析结果的3D显示
图11 ANSYS容器接管疲劳分析
图2 ANSYS对容器的应力分析
1、抽油机设计
对于抽油机设计中诸如：抽油机总成、支架、游梁曲柄连杆机构、动力装置以及各个零部件的设计等，ANSYS都可以发挥出其分析计算优势，使得设计的各部件尺寸合适、性能最佳，达到提高抽油机产品性能，降低生产成本的目的。
图3采用ANSYS的静力及屈曲分析功能对游梁式抽油机支架的强度、刚度与稳定性进行分析
ANSYS在石油机械与压力容器设计中的应用
newmaker
在现代化的石油机械与压力容器设计工业中，产品的设计愈来愈精细、复杂，市场竞争要求石油机械与压力容器设备的性能指标大幅度提高，而ANSYS这样的CAE工具，在许多方面为石油石化企业保持竞争优势提供了强有力的技术保证。ANSYS软件是第一个通过ISO9001质量认证的大型分析设计类软件，是美国机械工程师协会（ASME）、美国核安全局（NQA）及近二十种专业技术协会认证的标准分析软件。在国内第一个通过了中国压力容器标准化技术委员会的认证并在国务院十七个部委推广使用。