大型常压容器的有限元分析与设计——ANSYS在工程中的应用

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浅谈ANSYS有限元分析软件在工程方面的应用

浅谈ANSYS有限元分析软件在工程方面的应用胡洁(中国地质大学长城学院，08机制七班，05208713)摘要：由于计算机技术的迅速发展，使有限元方法在工程中得到了广泛的应用。

由于ANSYS软件具有建模简单、快速、方便的特点，因而成为大型通用有限元程序的代表。

本文对有限元作了一个总体的介绍，并着重介绍了ANSYS软件，简要地叙述了ANSYS软件的主要技术特点和各部分构成以及其主要的分析功能，通过一个铰接杆在外力作用下的变形的简单例子的详细操作说明它在力学分析上的应用。

关键词：ANSYS；工程；使用方法；功能1.前言随着计算机技术的日益普及，计算机工具在提高社会生产力方面发挥了越来越重要的作用，特别是CAD/CAE/CAM在工业界的日益成熟和普及，极大地提高了工业设计和生产效率，越来越多的人逐渐熟悉这些强有力的工具，同时对这些技术给工业界的推动作用逐渐认可。

越来越多从事着从设计到生产各个环节的工程人员和在校学生逐步成为这一新技术的主要用户群体。

有限元分析技术已经发展成为计算机辅助分析CAE的核心。

用CAE方法可以减少或避免物理测试过程，通过计算机模拟最恶劣载荷和工况下零件或结构的工作情况，准确地计算其应力应变，使产品在设计阶段就能够对其数学模型的各项性能进行评估，及早发现设计上存在的问题，从而大大缩短设计开发周期。

特别是采用有限元分析技术及其优化技术，能够改进结构设计参数，使其在满足强度和刚度的情况下具有最合理的结构。

在应用于新产品开发和老产品改造方面，能够提供对其强度、应力分布状况的分析，利用优化设计方法对其进行形状和结构优化设计，从而在设计上提供技术支持和理论指导。

作为目前国内最为流行的ANSYS软件，在工程计算、教学实践和科学研究方面已经积累了大量的应用实例。

特别是在校学生越来越普及了对ANSYS软件的了解和应用，不少学校购买了ANSYS软件，并开展了一系列学习和推广ANSYS应用的热潮，互联网上的ANSYS 讨论园地也日益火爆。

ANSYS在压力容器设计中的应用

（栏目主持1 张秀丽）
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。

压力容器ansys有限元分析设计实例

ANSYS应力分析报告Stress Analysis Report学生姓名学号任课教师导师目录一. 设计分析依据.............................................. 错误!未定义书签。

设计参数.................................................错误!未定义书签。

计算及评定条件...........................................错误!未定义书签。

二. 结构壁厚计算.............................................. 错误!未定义书签。

三. 结构有限元分析............................................ 错误!未定义书签。

有限元模型...............................................错误!未定义书签。

单元选择.................................................错误!未定义书签。

边界条件.................................................错误!未定义书签。

四. 应力分析及评定............................................ 错误!未定义书签。

应力分析.................................................错误!未定义书签。

应力强度校核.............................................错误!未定义书签。

疲劳分析校核..............................................错误!未定义书签。

五. 分析结论.................................................. 错误!未定义书签。

基于ANSYS的压力容器有限元分析及优化设计

317压力容器是一种能够承受压力的密闭容器，广泛应用于煤化工生产领域。

煤化工生产作业环境苛刻，需要其外壳具备较高的强度，保护内部电子元器件不被损坏。

为验证压力容器的耐压性能，需根据其工作条件设计压力容器，将机器人安装在压力容器内部，对压力容器进行加压以模拟其高压工作环境，检测外壳的耐压性能是否符合要求。

本文基于国标 GB150-2011中关于压力容器的规定，完成压力容器的各项参数的计算取值。

利用 ANSYS 有限元仿真软件对其进行校核，对该压力容器工作状态下的应力及变形情况进行分析，判断其结构强度及 O 形圈的密封效果是否符合要求[1]。

1 压力容器参数化设计对实际工况进行分析，根据要求完成压力容器的初步设计，结构如图 1 所示。

图1 压力容器三维模型该压力容器主要由两部分组成：压力舱和平盖，两个部件通过螺栓连接，平盖挤压压力舱端面上的 O 形圈完成密封。

由于采用水作为介质进行加压维持压力舱内压力处于预定值，压力容器需经常浸泡在水环境中，容易腐蚀生锈，会对密封结构造成破坏，且存在安全隐患，因此采用不锈钢完成该压力容器的设计和制造。

平盖所承受的应力较大，工作时容易产生较大变形导致 O 形圈密封失效，因此平盖需采用高强度不锈钢材料。

20Cr13是一种常用的高强度马氏体不锈钢材料，具有高抗蚀性、高强度、高韧性和较强抗氧化性，被广泛应用于制造各种承受高应力的零件。

基于20Cr13的优良性能，选用该材料用于平盖的设计和制造[2]。

与平盖相比较，压力舱承受应力相对较小，选用 304 不锈钢用于压力舱的设计和制造。

基于国标 GB150-2011 关于压力容器的规定，对压力容器各部分的参数进行计算如下：（1）壳体厚度计算：圆筒厚度计算公式如下：[]c ii c P D −=φσδ2P（1）式中，σ为圆筒壳体计算厚度（mm）；p c 为计算压力（MPa）；D i 为圆筒内直径（mm），[σ]i 为壳体材料的许用应力（MPa），φ为焊接接头系数。

大型通用有限元工程分析软件ANSYS在力学教学中的应用

Value Engineering在计算机技术飞速发展的今天，一批大型工程有限元分析软件得到了迅速发展，其中，ANSYS以它独具的极大分析功能在世界范围内已经成为土木建筑行业分析软件的主流。

通过ANSYS可以进行结构静力分析、结构动力分析等，可以绘制受力分析图，如：弯矩图、剪力图等，可以显示结构受荷载作用下的位移和变形图等。

现就此简要介绍如下：1ANSYS简介ANSYS是融结构、热传导、流体力学、电磁学、声学、生物力学、爆破分析于一体的大型通用有限元工程分析软件。

是由美国著名力学专家John Swanson博士于1970年创建发展起来的，总部设在美国宾西法尼亚洲的匹兹堡，目前是世界CAE行业最大的公司。

ANSYS软件功能主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。

前处理模块提供了一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（可进行线形分析、非线形分析和高度非线形分析）、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和分析，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示、梯度显示、矢量显示粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表形式显示或输出。

2基于ANSYS进行静力分析的要点及步骤2.1建模①定义单元属性等：在建立ANSYS实体模型和划分网格之前，需要一些准备工作，包括指定工程名称和分析标题、定义单位、选择分析的学科、定义单元类型、定义实常数、材料属性等。

ANSYS单元库中有超过150种不同的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。

每个单元都有特定的编号和一个标识单元类型的前缀。

对于结构静力分析，常见的单元有LINK1（平面连杆单元）、LINK8（空间连杆单元）、BEAM3（平面梁单元）、BEAM4（空间梁单元）等。

ANSYS有限元分析入门与应用指南

ANSYS有限元分析入门与应用指南第一章：ANSYS有限元分析概述ANSYS是一种常用于工程领域的有限元分析软件，主要用于对各种结构进行力学分析、流体动力学分析、热传导分析等。

本章将对ANSYS的基本原理、工作流程和应用领域进行介绍。

1.1 ANSYS的基本原理ANSYS基于有限元方法，将实际结构或系统离散为有限数量的单元，通过对单元进行各种物理特性的分析，最终得到整个结构的行为。

有限元方法是一种数值分析方法，可以有效解决传统方法难以处理的复杂问题。

1.2 ANSYS的工作流程ANSYS的工作流程包括几个关键步骤：前处理、求解和后处理。

前处理阶段主要负责模型的建立和单元网格的划分，求解阶段进行物理场的计算和求解，后处理阶段对结果进行可视化和分析。

1.3 ANSYS的应用领域ANSYS可应用于各个工程领域，如固体力学、流体力学、热传导、电磁场等。

在航空航天、汽车工程、建筑结构、电子设备等领域都有广泛的应用。

第二章：ANSYS建模与前处理在使用ANSYS进行有限元分析之前，需要对模型进行建模和前处理工作。

本章将介绍ANSYS建模的基本方法和前处理的必要步骤。

2.1 模型建立ANSYS提供了多种建模方法，包括几何建模、CAD导入、脚本编程等。

用户可以根据需要选择合适的建模方法，对模型进行几何设定。

2.2 材料定义和属性设置在进行有限元分析之前，需要为材料定义材料性质和属性。

ANSYS提供了多种材料模型，用户可以根据具体需求进行选择和设置。

2.3 网格划分网格划分是有限元分析中非常重要的一步，它决定了模型的离散精度和计算效果。

ANSYS提供了多种单元类型和划分算法，用户可以根据需要进行合理的网格划分。

第三章：ANSYS求解与后处理在进行前处理完成后，就可以进行有限元分析的求解和后处理了。

本章将介绍ANSYS的求解方法和后处理功能。

3.1 求解方法ANSYS提供了多种求解方法，如直接法、迭代法等。

根据模型的复杂程度和求解要求，用户可以选择合适的方法进行求解。

基于ANSYS的有限元分析在工程中的应用

维普资讯
第２３卷第５期２００７年１０月
黄
石
理
工
学
院
学
报
Ｖ０．３Ｎ．１２ｏ５
Ｏｃｔ２ｏｏ７
ＪＲＮＡＬＯＦＨＵＯＵＡＮＧＳＮＴＴＵＥＯＦＴＣＨＮＯＬＧＹＨＩＩＳＩＴＥＯ
的基本思想可归结为两个方面：一是离散；二是分片插值Ｊ。离散化就是将一个连续的求解域人为
品。目前，利用有限元法设计产品已经成为一种
主流。在有限元理论完善的同时涌现出一大批通
用专业的有限元软件，ＡＳＳＡＩＡ、ＳＡ、如ＮＹ、ＤＮＡＫＣＳＯ、ＵＴＳＭＲＯＭＳＳＳＵ、ＡＣ等，中ＡＳＳ是最为其ＮＹ
文章编号：０８— ２５２０）５— ０１— ４１０８４（０７００３０
基于ＡＳＳ的有限元分析在工程中的应用ＮＹ
刘力李明万贾粮棉
（家庄铁道学院研究生分院，石河北石家庄００４）５０３
摘要：以工程实例和有限元理论相结合，详细阐述了在用ＡＳＳＮＹ建模、网分、单元选择、加载求解等具体环
Ｋｅｏｄ：ｎｔｅｅｅｔｅｏ；ＮＹ；ｐｏｃａａｓｙｗｒｓｆｅｌｎｔｄＡＳＳｒｅｔｌｉｉｍｉｍｈｊｙｓｎ
０引言
随着科学技术的迅猛发展，品的更新换代产速度加快。工程技术人员只有在工程实践、论理修养和计算能力方面进行严格的高水平的训练，

ANSYS软件在工程中的应用

现代商贸工业ANSYS 软件在工程中的应用李健(张家口金鸿压缩天然气有限公司，河北张家口 075000)摘要：本文阐述了 ANSYS 软件的特点和功能应用前景。

关键词：ANSYS ；工程；应用；有限元中图分类号:TB 文献标识码:A0引言有限单元法和边界元法及有限差分法等为在工程方面中的数值模拟方法，应用和影响最广为有限单元法。

随着快速发展的计算机技术，使有限元数值模拟技术逐渐成熟起来，有限元软件的代表之一，ANSYS 软件。

ANSYS 软件可与许多计算机辅助设计软件(如 Pro/Engineer , CATIA , AutoCAD 等)相兼容，从而达到交换和共享数据的目的。

依托于ANSYS 软件的有限元分析，可以使发生在结构内部在试验中无法观察到的一些物理现象被观察到，例如弹体在不均匀介质侵彻过程中的偏转与受力等。

1 ANSYS 软件的主要特征及功能1.1 ANSYS 软件的主要特征与相关有限元软件类比，ANSYS 主要特征为：(1) 使用时很方便，因ANSYS 就是Windows 程序；(2)可应用在各种工程中，因ANSYS 的软件框架的由各个完整的模块合成；(3)不仅可对结构进行线性求解，还可分析许多种非线性的实例；(4)不仅可以对结构和电磁及流体等方向分别进行独立研究，还可以对它们之间的相互作用进行研究。

1.2 ANSYS 软件的主要功能ANSYS 软件可分析大部分工程以及科研中的相关项目。

通过ANSYS 使用流程可把有限元分析总结为三个步骤：第一，先进行前处理，主要包含定义类型, 设置属性，画出模型，分网络等工作；第二是求解，主要包含增约束，增荷载，观察错解，求出结果等工作；第三是后处理，主要包含列出结果，绘制图形，显示动画，得出结论等工作。

ANSYS 的主要功能如图1所示。

实体建模网格划分结构分析(塑性、非线性) 热分析(渗流分析)流体动力学分析电磁场分析声场分析压电分析多物理场耦合分析通用后处理模块时间历程后处理模块图1 ANSYS 的主要功能ANSYS 软件的以下几种分析常在结构分析时被用到：(1) 通过ANSYS 软件对对结构的静力分析，即对结构在静力荷载的作用下，分别对应力和位移来计算, 包含线性及非线性两种类型。

大型有限元分析软件--ANSYS的应用技巧

大型有限元分析软件--ANSYS的应用技巧作者：王立涛作者单位：安徽工程科技学院,机械工程系,安徽,芜湖,241000刊名：安徽工程科技学院学报英文刊名：JOURNAL OF ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND SCIENCE年，卷(期)：2003,18(3)被引用次数：19次参考文献(4条)1.张国明;左保瑜大型通用有限元分析软件ANSYS简介 1993(07)2.马建敏;吕景林;黄协清用ANSYS对复杂结构进行动态响应计算 1998(06)3.王华倩大型通用有限元分析软件-ANSYS 1998(12)4.王国强实用工程数值模拟技术及其在ANSYS上的实践 2001本文读者也读过(7条)1.曹延欣有限元分析软件ANSYS及其使用[期刊论文]-大众科技2008(2)2.郭洪波有限元分析软件Ansys在分析设计中的应用[期刊论文]-油气田地面工程2005,24(8)3.阿巴白克里·阿布拉.A Babaikeli·abula大型通用有限元工程分析软件ANSYS在力学教学中的应用[期刊论文]-价值工程2010,29(1)4.许丽娇.叶平.叶惺.XU Li-jiao.YE Ping.YE xing浅谈大型有限元分析软件ANSYS[期刊论文]-煤矿机械2005(4)5.梁春玲.王韶华.修磊.LIANG Chun-ling.WANG Shao-hua.XIU Lei浅谈大型通用有限元分析软件ANSYS[期刊论文]-水利科技与经济2007,13(5)6.朱颜有限元分析软件ANSYS刍议[期刊论文]-考试周刊2007(50)7.高兴军.赵恒华大型通用有限元分析软件ANSYS简介[期刊论文]-辽宁石油化工大学学报2004,24(3)引证文献(19条)1.周力有限元在深基坑开挖过程中智能控制的应用研究[期刊论文]-河南建材 2009(3)2.孙海涛石油套管水压试验装置密封壳体的有限元分析[期刊论文]-中国西部科技 2008(29)3.刘丽贤.马国鹭.赵登峰基于APDL的ANSYS网格划分及应用[期刊论文]-重庆科技学院学报（自然科学版）2008(5)4.邢静忠.李军ANSYS的建模方法和网格划分[期刊论文]-中国水运（学术版） 2006(9)5.裴颖.张卫平.邱福生基于ANSYS机翼翼盒拓扑优化的网格划分和建模[期刊论文]-沈阳航空工业学院学报2010(3)6.周斌.贾艳敏预应力混凝土连续梁桥ANSYS建模[期刊论文]-低温建筑技术 2009(6)7.王斌.过学迅越野车轮边减速器设计研究[期刊论文]-汽车零部件 2010(5)8.牛福生.倪文.梁银英粉煤灰泡沫塑料复合保温材料传热过程的数值模拟[期刊论文]-北京科技大学学报 2009(1)9.冯辉重型挂车车架结构分析与研究[学位论文]硕士 200710.杨涛地空导弹级间分离过程仿真分析研究[学位论文]硕士 200511.周伟才大桩帽码头排架计算方法及模型试验研究[学位论文]硕士 200512.刘军文基于单电极激励模式的电阻层析成像技术的研究[学位论文]硕士 200513.王一鸣光盘驱动器隔振系统模态分析及动态性能研究[学位论文]硕士 200415.韩玉铭新型水泥土复合桩成型机的研制与开发[学位论文]硕士 200516.翟秋大跨度码头结构型式探讨及计算方法研究[学位论文]硕士 200617.于忠涛深水大跨度码头结构型式研究[学位论文]硕士 200718.曹源大跨度悬链线拱式纵梁码头结构型式研究[学位论文]硕士 200719.张福波深基坑开挖的有限元模拟及其智能化控制研究[学位论文]硕士 2005本文链接：/Periodical_ahjdxyxb200303005.aspx。

大型通用有限元分析软件ANSYS简介(精)

大型通用有限元分析软件ANSYS简介ANSYS是一款大型通用有限元分析软件，广泛用于工业、医疗、交通等领域中的工程分析和仿真。

本文将对ANSYS的功能、特点和应用进行详细介绍。

功能简介ANSYS拥有丰富的功能，包括：•有限元分析：ANSYS可以对各种结构进行基于有限元计算的工程分析和仿真，包括热力学、动力学、流体力学等。

•多物理场模拟：ANSYS可以同时对多个物理场进行分析和仿真，如热力学、流固耦合、磁场等。

•材料建模：ANSYS支持多种材料的建模和分析，包括塑性、疲劳、断裂等。

•优化：ANSYS可以对设计进行自动化的优化，以满足不同的性能和成本要求。

•可视化：ANSYS可以通过可视化工具对模拟结果进行可视化，方便用户分析和理解仿真结果。

特点简介ANSYS的特点主要包括：•通用性：ANSYS是一款通用的有限元分析软件，可以应用于各种工程领域的分析和仿真。

•灵活性：ANSYS支持多种材料和物理场的分析，可以根据需要进行个性化的设置。

•精度：ANSYS的有限元计算技术可以提供高精度的分析结果。

•效率：ANSYS的并行计算技术可以显著提高仿真的效率，同时支持云计算和本地计算。

应用简介ANSYS广泛应用于各种工程领域，包括：•航空航天：用于飞机、火箭等结构和系统的分析和仿真。

•汽车工程：用于汽车零部件和整车的优化分析和仿真。

•医疗器械：用于医疗器械的设计和性能分析。

•电子设备：用于电子设备的热和电性能分析和仿真。

•建筑工程：用于建筑结构的分析和仿真。

总结ANSYS是一款功能丰富、通用性强、精度高的大型有限元分析软件，广泛应用于各种工程领域中的分析和仿真。

作为一名工程师，掌握ANSYS的使用，可以提高工程设计的效率和精度，为项目的成功实施提供有力的支持。

有限元方法与ANSYS应用第5讲

N6 l 2 l 3
d

u v

N1 0
0 N2
0 N3
N4 0
0 N5
0 N6
1 6

F3
qy (x)
F6 F4
1 E,A, I , l e
F2
y
qx (x)

e 3
1
2 F5

e 6
v
(
x)

2

e 4
x

e 5
梁单元模型
有限元法分析的基本理论与方法平面杆系结构的有限元分析
梁单元模型
有限元法分析的基本理论与方法平面杆系结构的有限元分析
梁单元模型
有限元法分析的基本理论与方法平面杆系结构的有限元分析
梁单元模型求解:
有限元法分析的基本理论与方法平面杆系结构的有限元分析
梁单元模型
有限元法分析的基本理论与方法平面杆系结构的有限元分析
梁单元模型
有限元法分析的基本理论与方法平面杆系结构的有限元分析
梁单元模型
有限元法分析的基本理论与方法平面杆系结构的有限元分析
梁单元模型
FF12ee

e 1 e 2

F1
F
e

F3e F4e

单元杆端力
FF56ee

有限元法分析的基本理论与方法 ★有限元案例分析--结构静力分析梁系结构的ANSYS静力分析
有限元法分析的基本理论与方法 ★有限元案例分析--结构静力分析梁系结构的ANSYS静力分析
梁单元模型以弯曲变形为主要变形的杆件称为梁

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。

实例分析—运用有限元分析软件ANSYS对轴对称压力容器

ANSYS Example: Axisymmetric Analysis of a Pressure VesselThe pressure vessel shown below is made of cast iron (E = 14.5 Msi, ν = 0.21) andcontains an internal pressure of p = 1700 psi. The cylindrical vessel has an inner diameter of 8 in with spherical end caps. The end caps have a wall thickness of 0.25 in, while the cylinder walls are 0.5 in thick. In addition, there are two small circumferential grooves of 1/8 in radius along the inner surface, and a 2 in wide by 0.25 in deep circumferential groove at the center of the cylinder along the outer surface.In this example, ANSYS will be used to analyze the stresses and deflections in the vessel walls due to the internal pressure. Since the vessel is axially symmetric about its central axis, an axisymmetric analysis will be performed using two-dimensional, 8-node quadrilateral elements (Plane 82) with the axisymmetric option activated. In addition, the vessel is symmetric about a plane through the center of the cylinder. Thus, only a quarter section of the vessel needs to be modeled.In ANSYS, an axisymmetric model must always be created such that the global Y-axis is the axis of symmetry, and the entire model should appear on the right side of the Y-axis (along the positive X-axis); i.e., no part of the model (elements, nodes, etc.) may be defined withnegative X coordinates. Once the axisymmetric option is invoked, ANSYS will automatically apply axisymmetric boundary conditions along the Y-axis.R = 1/16 inR = 1/8 inR = 1/4 in 0.5 in0.25 inR = 4 in2 in 2 in 15.5 inFor model validation purposes, the stresses in the vessel walls away from any notches can be estimated using the thin-walled pressure vessel equations. Although the model does notspecifically meet the criteria for the “thin-walled” assumption, these equations will still provide reasonably accurate values for model validation purposes. For a pressure vessel subjected to internal pressure only, the radial stress (σr ) should vary from –p (−1.7 ksi) on the inner surface to zero on the outer surface. The hoop and longitudinal stresses are calculated as (p = 1700 psi, r = 4 in, t = 0.5 or 0.25 in):section)(thick ksi 13.6or section)(thin ksi 27.2tpr h =≈σ section)(thick ksi 6.8or section)(thin ksi 6.31t2pr =≈σlANSYS Analysis:Start ANSYS Product Launcher, set the Working Directory to C:\temp, define Job Name as‘Pressure Vessel’, and click Run. Then define Title and Preferences.Utility MenuÆFileÆChange Jobname…Æ Enter ‘Pressure_Vessel’ Æ OKUtility MenuÆFileÆChange Title…Æ Enter ‘Stress Analysis of an Axisymmetric Pressure Vessel’ Æ OKANSYS Main MenuÆPreferencesÆ Preferences for GUI Filtering Æ Select ‘Structural’ and ‘h-method’ Æ OKEnter the Preprocessor to define the model geometry:Define Element Type (Axisymmetric Option) and Material Properties.ANSYS Main MenuÆPreprocessor ÆElement Type Æ Add/Edit/Delete Æ Add… ÆStructural Solid Quad 8 node 82 (PLANE82) (define ‘Element type reference number’ as 1) ÆOK Æ Click Options… Æ Select ‘Axisymmetric’ for K3 (Element behavior) Æ OK Æ Close ANSYS Main MenuÆPreprocessorÆMaterial PropsÆ Material Models Æ Double Click Structural Æ Linear Æ Elastic Æ Isotropic Æ Enter 14.5e6 for EX and 0.21 for PRXY Æ Click OK Æ Click Exit (under ‘Material’)Begin creating the geometry by defining two Circles for the spherical endcap, and Subtract Areas to create the vessel wall.ANSYS Main MenuÆPreprocessorÆModelingÆCreateÆAreasÆCircleÆ Solid Circle Æ Enter 0 for WP X, 0 for WP Y, and 4 for Radius Æ Apply Æ Enter 0 for WP X, 0 for WP Y, and 4.25 for Radius Æ OKANSYS Main MenuÆPreprocessorÆModelingÆOperateÆBooleansÆSubtractÆAreas Æ Select (with the mouse) Area 2 (bigger circle) Æ OK Æ Select Area 1 (smaller circle) Æ OKCreate Lines through the center of the Circles and Divide the Areas along these Lines.ANSYS Main MenuÆPreprocessorÆModelingÆCreateÆLinesÆLinesÆ Straight line Æ Click on the Keypoints on the outer circle which are on the X-axis to create a Line parallel to the X-axis (Circles are divided into four arcs by Ansys, with a Keypoint placed at the end of each arc). Similarly, click on the Keypoints on the outer circle which are on the Y-axis to create a Line parallel to the Y-axis Æ OKANSYS Main MenuÆPreprocessorÆModelingÆOperateÆBooleansÆDivideÆArea by Line Æ Select (with the mouse) the remaining Area (annulus)Æ OK Æ Select the two Lines that we have created Æ OKANSYS Main MenuÆPreprocessorÆModelingÆDeleteÆ Area and Below Æ Select the three Areas in the first, second, and third quadrants Æ OKDefine two Rectangles to create the walls of the cylindrical portion of the vessel (thick and thin sections). Define a Circle to create the circumferential groove on the inside of the vessel. ANSYS Main MenuÆPreprocessorÆModelingÆCreateÆAreasÆRectangleÆ By Dimensions Æ Enter 4 and 4.5 for X-coordinates and 0 and 7.75 for Y-coordinates Æ Click Apply Æ Enter 4.25 and 4.5 for X-coordinates and 6.75 and 7.75 for Y-coordinates Æ OK ANSYS Main MenuÆPreprocessorÆModeling ÆCreateÆAreasÆCircleÆ Solid Circle Æ Enter 4 for WP X, 2 for WP Y, and 1/8 for Radius Æ OKSubtract Areas to eliminate unused segments, and then Add all Areas to create a single Area for meshing.ANSYS Main MenuÆPreprocessorÆModelingÆOperateÆBooleansÆSubtractÆAreas Æ Select (with the mouse) the bigger rectangle Æ OK Æ Select the small rectangle and circle Æ OKANSYS Main MenuÆPreprocessorÆModelingÆOperateÆBooleansÆAddÆ Areas Æ Select ‘Pick All’ Æ OKCreate Line Fillets at the two transitions between the thick and thin sections.Utility Menu Æ Plot ÆLinesUtility Menu Æ Plot CtrlsÆNumbering…Æ Click ‘Line numbers’ On Æ OKANSYS Main MenuÆPreprocessorÆModelingÆCreateÆLinesÆ Line Fillet Æ Select (with the mouse) the two Lines near the lower Fillet Æ OK Æ Enter 1/16 for Fillet radius ÆApply Æ Select the two Lines near the upper Fillet Æ OK Æ Enter 1/4 for Fillet radius Æ OK Create Areas within the two Fillets and add these Areas to the main Area. First zoom in on the area of interest using the plot controls.ANSYS Main MenuÆPreprocessorÆModelingÆCreateÆAreasÆArbitraryÆ By Lines Æ Select (with the mouse) the Fillet and adjacent two Lines Æ OKRepeat for the other Fillet.ANSYS Main MenuÆPreprocessorÆModelingÆOperateÆBooleansÆAddÆ Areas Æ Select ‘Pick All’ Æ OKUtility Menu Æ Plot ÆLinesThe geometry should appear as shown below in the figure on the left.In this example, the irregular geometry will be Free Meshed with Quad Elements. Better control of Element sizing and distribution can be obtained with Mapped Meshing, but this would require that additional sub-Areas be defined within the main Area that have a regular (four-sided) geometry. Using Free Meshing, all Elements in the model will be approximately the same size. In the first run, we will choose a Global Size (approximate Element edge length) of 0.1 in. ANSYS Main MenuÆPreprocessorÆMeshingÆ MeshTool Æ Under ‘Size Controls: Global’ click Set Æ Enter 0.1 for ‘Element edge length’ ÆOK Æ Under ‘Mesh:’ select Areas, Quad and Free Æ Click Mesh Æ Select (with the mouse) the Area Æ OKEnter the Solution Menu to define boundary conditions and loads and run the analysis: ANSYS Main MenuÆSolutionÆAnalysis TypeÆ New Analysis Æ Select Static Æ OK The Boundary Conditions and Loads can now be applied. ANSYS will automatically apply the Axisymmetric Boundary Conditions along the Y-axis. However, we must apply the Symmetry Boundary Conditions along the upper edge of the model. Finally, the Pressure can be applied on all lines that make up the inner surface of the vessel. The magnitude should be input as the actual value – no reduction is needed to account for axisymmetry (ANSYS automatically makes the necessary adjustment of Loads in an Axisymmetric model).ANSYS Main MenuÆSolutionÆDefine LoadsÆApplyÆStructuralÆDisplacement ÆSymmetry B.C.Æ On Lines Æ Select the Line on top of the model (19) Æ OKANSYS Main MenuÆSolutionÆDefine LoadsÆApplyÆStructuralÆPressureÆ On Lines Æ Select (with the mouse) all the Lines on the inside of the vessel (20,12,16,17 and 2) ÆOK Æ Enter 1700 for ‘Load PRES value’ Æ OKThe pressure will be indicated by arrows, as shown above in the figure on the right.Save the Database and initiate the Solution using the current Load Step (LS).ANSYS Toolbar Æ SAVE_DBANSYS Main MenuÆSolutionÆSolveÆ Current LS Æ OK Æ Close the information window when solution is done Æ Close the /STATUS Command windowEnter the General Postprocessor to examine the results:First, plot the Deformed Shape.ANSYS Main MenuÆGeneral PostprocÆPlot ResultsÆ Deformed Shape Æ Select Def + undeformed Æ OKA Contour Plot of any stress component can be created. The radial, hoop (tangential), and longitudinal stresses should be checked to verify the model. Also, stress values at any particular node can be checked by using the “Query Results” command, selecting the desired component, and then picking the appropriate node. For this model, along the cylindrical portion of the vessel, x represents the radial direction, y represents the longitudinal direction, and z represents the hoop (tangential) direction. Powergraphics must be disabled to query results at nodes. ANSYS Toolbar Æ POWRGRPH Æ Select OFF Æ OKANSYS Main MenuÆGeneral PostprocÆPlot ResultsÆContour PlotÆ Nodal Solu ÆSelect ‘Stress’ and ‘X-Component of stress’ (or Y or Z) Æ OKANSYS Main MenuÆGeneral PostprocÆQuery ResultsÆ Nodal Solution Æ Select‘Stress’ and ‘X-direction SX’ (or SY or SZ) Æ OK Æ Select Nodes in the region of interest (may be helpful to zoom in on region)Compare the finite element stresses to the values calculated using the thin-wall equations. If the values are within reason (away from notches, etc.), proceed. For the purposes of failure analysis, we must select an appropriate failure theory. A plot of the von Mises stress is useful for identifying critical locations in the vessel. However, since the vessel is made of cast iron (brittle material), the “Maximum-Normal-Stress” failure criterion may be more appropriate (or Coulomb-Mohr or other similar failure theories). Create Contour Plots of the von Mises and 1st Principal stresses.ANSYS Main MenuÆGeneral PostprocÆPlot ResultsÆContour PlotÆ Nodal Solu ÆSelect ‘Stress’ and ‘von Mises stress’ Æ OKANSYS Main MenuÆGeneral PostprocÆPlot ResultsÆContour PlotÆ Nodal Solu ÆSelect ‘Stress’ and ‘1st Principal stress’ Æ OKThe plot of the model can be expanded around the axisymmetric axis to get a better view of the full model. For this plot, Powergraphics must be enabled.ANSYS Toolbar Æ POWRGRPH Æ Select ON Æ OKUtility Menu Æ PlotCtrlsÆStyleÆ Symmetry Expansion Æ 2-D Axi-Symmetric… Æ Select ‘Full expansion’ Æ OKNote the locations of the maximum stresses in the vessel. Are the critical locations where you would expect them to be? If not, why? Do you think the current model is accurate, or might there be some discretization error? Record the magnitudes and locations of the maximum stresses, and then refine the mesh and re-run the analysis to check for possible discretization error.。

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。

有限元分析软件ANSYS在海洋工程中的应用

有限元分析软件ANSYS在海洋工程中的应用摘要：作为工程设计—分析链条中的分析软件,基于设计分析应紧密集成现代设计法概念,它能与多数CAD软件联接,实现数据的共享和交换,ANSYS软件本身是通用有限元分析软件,针对具体的应用领域,以ANSYS软件核心模块为内核, ANSYS公司还提供了板成型专用软件包,土木工程专用软件包、疲劳及耐久性专用软件包,解决了通用软件专业化应用的问题。

ANSYS软件目前还提供了中文用户界面,率先解决了有限元分析软件的本地化问题,为中文用户提供了极大的方便。

本文分析了有限元分析软件ANSYS在海洋工程中的应用。

关键词：有限元分析软件；ANSYS；海洋工程；应用；常规的海洋工程结构设计中,按照规范的要求必须进行结构的静力、动力结构有限元分析,甚至还要进行包括材料非线性和几何非线性在内的非线性有限元分析。

ANSYS软件以其强大的分析求解功能完全适合海洋工程的研究与设计工作的要求。

一、有限元分析软件ANSYS概述软件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示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示等图形方式显示,也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。

启动ANSYS,进入欢迎画面以后,程序停留在主程界面，用户的指令可以通过鼠标点击菜单项选取和执行,也可以在命令输入窗口通过键盘输入。

命令一经执行, 由ANSYS 自动读入并执行, 这是ANSYS软件的第三种命令输入方式。

这种命令方式在进行某些重复性较高的工作时,能有效地提高工作速度。

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。

可用于各类平台及海底管线的水下圆管构件的模拟,进而可以完成导管架平台、自升式平台、坐底式平台、半潜式平台以及海底管线的结构整体静力与动力有限元分析。