基于ANSYS Workbench的真空管道屈曲分析

书山有路勤为径，学海无涯苦作舟

基于ANSYS Workbench 的真空管道屈曲分析

利用ANSYS Workbench 对某装置中设计的真空管道进行了屈曲分析，并把有限元分析结果和解析法计算结果进行对比，验证了有限元屈曲分析

的可靠性。同时，提出真空管道优化设计方法，并对优化结果进行校核。计算

结果表明：通过合理设置加强圈，既能有效提高真空管道抗外压失稳能力，又

能减轻管道重量，从而显著降低制造成本。

大型真空管道为薄壁结构件，其主要失效形式不是强度失效而是失稳失效。所谓的压力容器失稳是指压力容器所承受的载荷超过某一临界值时突然失

去原有几何形状的现象。研究外压容器稳定性的目的在于研究容器的临界压力

及相应的失稳模态，以改进加强措施，提高结构的抗失稳能力。由于外压容器

很难进行外压试验，直接考核大型外压容器承受外压时的稳定性是不现实的，

因此大型外压容器的稳定性计算往往多采用理论或有限元分析方法。

ANSYS 软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件，在压力容器的屈曲稳定分析中有着广泛的应用，它提供了两

种预测结构屈曲临界载荷和屈曲模态的技术，一种是特征值屈曲分析，可以预

测结构屈曲形状，得到失稳临界载荷的上限。另一种是非线性屈曲(包括几何非线性和几何及材料双非线性)分析。使用非线性技术，模型中就可以包括诸如初始缺陷、塑性行为、间隙、大变形响应等特征，因此，非线性屈曲分析更接近

工程实际的真实情况。

本文利用特征值屈曲分析和非线性屈曲分析方法，对某装置中设计的真

空管道进行屈曲分析，并把有限元分析结果和解析法计算结果进行对比，得出

真空管道稳定性的分析结论。同时，提出真空管道优化设计方法，为提高真空