目   录

第一章  过程设备强度计算软件SW6. 2

1.1.问题描述... 2

1.2.问题解决... 2

第二章  有限元分析软件ANSYS. 5

2.1.ANSYS软件介绍... 5

2.1.1.软件功能简介... 5

2.1.2. 前处理模块PREP7. 6

2.1.3.求解模块SOLUTION.. 6

2.2．加氢反应器裙座支撑区的机械应力分析... 6

2.2.1.问题描述... 6

2.2.2.模型结构分析... 7

2.2.3.模型载荷分析... 8

2.2.4.应力强度校核... 10

2.2.5.应力强度评定... 11

结 束 语... 11

附    录... 13

附录一... 13

参考文献... 15

第一章  过程设备强度计算软件SW6

1.1.问题描述

  设计条件：

设计压力  , 设计温度 

长边内侧长度  ， 短边内侧长度  ，

容器轴向长度   ，材料钢号为，

焊缝设在点。

试确定所需的计算后度。

模型如图1所示：

              

               

图1   模型结构图

1.2.问题解决     

   此问题结果输出如表一过程设备强度计算书所示

表一、过程设备强度计算书

第二章  有限元分析软件ANSYS

2.1.ANSYS软件介绍

    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。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等， 是现代产品设计中的高级CAD工具之一。

2.1.1.软件功能简介

　　软件主要包括三个部分：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（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、曲线形式显示或输出。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。该软件有多种不同版本，可以运行在从个人机到大型机的多种计算机设备上，如PC，SGI，HP，SUN，DEC，IBM，CRAY等。目前版本为ANSYS5.7版，其微机版本要求的操作系统为Windows 95/98或Windows NT,也可运行于UNIX系统下。微机版的基本硬件要求为：显示分辨率为1024×768，显示内存为2M以上，硬盘大于350M，推荐使用17英寸显示器。

　　启动ANSYS，进入欢迎画面以后，程序停留在开始平台。从开始平台（主菜单）可以进入各处理模块：PREP7（通用前处理模块），SOLUTION（求解模块），POST1（通用后处理模块），POST26（时间历程后处理模块）。ANSYS用户手册的全部内容都可以联机查阅。

　　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，该命令就会在.LOG文件中列出，打开输出窗口可以看到.LOG文件的内容。如果软件运行过程中出现问题，查看.LOG文件中的命令流及其错误提示，将有助于快速发现问题的根源。.LOG 文件的内容可以略作修改存到一个批处理文件中，在以后进行同样工作时，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。

2.1.2. 前处理模块PREP7

　　双击实用菜单中的“Preprocessor”，进入ANSYS的前处理模块。这个模块主要有两部分内容：实体建模和网格划分。

　　1.实体建模:

　　ANSYS程序提供了两种实体建模方法：自顶向下与自底向上。

　　自顶向下进行实体建模时，用户定义一个模型的最高级图元，如球、棱柱，称为基元，程序则自动定义相关的面、线及关键点。用户利用这些高级图元直接构造几何模型，如二维的圆和矩形以及三维的块、球、锥和柱。无论使用自顶向下还是自底向上方法建模，用户均能使用布尔运算来组合数据集，从而“雕塑出”一个实体模型。ANSYS程序提供了完整的布尔运算，诸如相加、相减、相交、分割、粘结和重叠。在创建复杂实体模型时，对线、面、体、基元的布尔操作能减少相当可观的建模工作量。ANSYS程序还提供了拖拉、延伸、旋转、移动、延伸和拷贝实体模型图元的功能。附加的功能还包括圆弧构造、切线构造、通过拖拉与旋转生成面和体、线与面的自动相交运算、自动倒角生成、用于网格划分的硬点的建立、移动、拷贝和删除。

　　自底向上进行实体建模时，用户从最低级的图元向上构造模型，即：用户首先定义关键点，然后依次是相关的线、面、体。

　　2.网格划分:

　　ANSYS程序提供了使用便捷、高质量的对CAD模型进行网格划分的功能。包括四种网格划分方法：延伸划分、映像划分、自由划分和自适应划分。延伸网格划分可将一个二维网格延伸成一个三维网格。映像网格划分允许用户将几何模型分解成简单的几部分，然后选择合适的单元属性和网格控制，生成映像网格。ANSYS程序的自由网格划分器功能是十分强大的，可对复杂模型直接划分，避免了用户对各个部分分别划分然后进行组装时各部分网格不匹配带来的麻烦。自适应网格划分是在生成了具有边界条件的实体模型以后，用户指示程序自动地生成有限元网格，分析、估计网格的离散误差，然后重新定义网格大小，再次分析计算、估计网格的离散误差，直至误差低于用户定义的值或达到用户定义的求解次数。

2.1.3.求解模块SOLUTION

　　前处理阶段完成建模以后，用户可以在求解阶段获得分析结果。

点击快捷工具区的SAVE_DB将前处理模块生成的模型存盘，退出Preprocessor，点击实用菜单项中的Solution，进入分析求解模块。在该阶段，用户可以定义分析类型、分析选项、载荷数据和载荷步选项，然后开始有限元求解。

2.2．加氢反应器裙座支撑区的机械应力分析

2.2.1.问题描述：

某加氢精制反应器，设计压力P=8.8MPa，设计温度T=347℃。

材料为，弹性模量E＝2.0X10⁵MPa，泊松比。

设计温度下材料设计应力强度：裙座锻造结构Sm=115.5MPa；筒体及封头主体（板材）Sm1=153.7MPa。设备总重=270000kg。

h型锻件尺寸为：筒体内半径R₁=1406.5mm．壁厚t₁=87mm；球封头内半径R₂＝1416.5mm，壁厚t₂=52mm；裙座壁厚t₃=22mm；过渡圆角半径r=20mm；锻造高度H=568mm。试对该加氢反应器裙座支撑区的应力进行分析。

图1 h型锻件示意图

2.2.2.模型结构分析：

     此加氢精制反应器结构中筒体与封头连接处、裙座支撑区等部位均需要按分析设计方法进行强度分析，这些部位应力大体上有一次总体薄膜应力，一次弯曲应力，一次局部薄膜应力，二次应力，峰值应力。此反应器承受这些应力后可能产生过度变形和失稳失效。此模型结构图如图2所示：

     

 图2  模型结构图

2.2.3.模型载荷分析：

     取筒体到裙座支承处的高度h=615，裙座体高度h1=1500，筒体长度h2=1000。

     进入ANSYS，通过设置计算类型、选择单元类型、定义材料参数、定义截面、生成几何模型、网格划分、模型施加约束和分析计算输出结果。

其中此模型施加的约束包括内表面施加内压、筒体端部施加轴向平衡面载荷、裙座底端线段施加轴向位移约束、封头对称面施加x方向位移约束。

模型承受载荷输出图如图3所示：

               图3  模型载荷图

模型受载后变形输出图如图4所示：

图4  模型变形图

模型分析截面路径的选取如图5所示：

图5   模型路径图

2.2.4.应力强度校核：

1.计算条件：设计压力P=8.8MPa，设计温度T=347℃。材料为，弹性模量E＝2.0X10⁵MPa，泊松比。设计温度下材料设计应力强度：筒体及封头主体（板材）Sm=153.7MPa。

2.以上分析路径应力强度分布图如图6所示：

图6   应力分布图

3.根据模型路径图可知，此截面处于筒体与封头连接的几何不连续部位，均存在由内压产生的应力，这些应力主要包括一次局部薄膜应力，二次应力，峰值应力。这些加氢反应器裙座支撑区的机械应力可能会破坏容器甚至使其失稳，因此需对此进行应力强度校核。其校核过程如下：

（1）根据第三强度理论计算出应力强度，根据附录一中** TOTAL **  可知：

          ；

应力强度应该满足以下限制条件：

          ；满足强度要求

（2）一次总体薄膜应力呈总体分布，且无自限性，只要一点屈服就会使整个截面以至总体范围屈服，并引起显著的总体变形，因此采用弹性失效设计准则校核。根据附录一中** MEMBRANE **可知：

           ；

一次总体薄膜应力强度有以下限制条件：

          ；满足强度要求

（3）一次局部薄膜应力，其中有一次应力的成分，也有二次应力的成分。它既有局部性，有的还有二次应力的自限性。另一方面局部薄膜应力过大，会使局部材料发生塑性流动，引起局部薄膜应力的重新分布，即把载荷从结构的高应力区向低应力区转移。根据附录一中** MEMBRANE **可知：

         ；

因此需满足以下限制条件：

         ；满足强度要求

（4）除及应单独作为应力强度校核外，压力容器中的峰值应力由于具有高度的局部性，不会引起任何明显的变形，仅可能引起疲劳裂纹或脆性断裂，因此无需进行强度校核。

（5）由于压力容器中的二次应力和一次弯曲应力一般不单独存在，通常与或组合存在。组合应力完全可能大到使材料发生局部屈服，因此采用塑性失效设计准则校核。根据附录一中** MEMBRANE PLUS BENDING **可知：

       ；

对组合应力强度有以下限制条件：

        ；满足强度要求

2.2.5.应力强度评定：

     根据以上应力强度校核可知：在此设计状态下，加氢反应器裙座支撑区的机械应力强度均满足各限制条件，所以此应力强度评定合格。

结 束 语

 “千里之行，始于足下”，这一周左右短暂而又充实的软件培训实习，我认为对我走向社会起到了一个桥梁的作用，是人生的一段重要的经历，也是一个重要步骤，对我将来走上工作岗位也有着很大帮助，可以避免我毕业后碰到一些实际问题而无从下手。

这段时间的学习不仅使我熟悉了有限元分析软件ANSYS和过程设备强度计算软件SW6的操作，而且学会该如何在这些应用软件中对压力容器进行受力分析和应力强度校核问题。使我不但对过程设备设计这门专业课有了深刻的理解，并将课本中所学的知识在此实习中运用到实践中。这段时间所学到的经验和知识大多来自老师和同学们的教导，这是我一生中的一笔宝贵财富。在此期间，我向同学们虚心求教，遵守纪律，同时提高了我思考问题的全面性和动手操作能力。

这次软件培训也让我深刻了解到，现代先进的科学技术正在飞速的发展，以后在工作中会遇到许多类似的实际应用软件需要我们去学习。对于自己这样一个即将大学毕业走向社会的人来说，需要学习的东西还很多，需要继续努力。此次学习使我在实践中了解社会，让我学到了很多在课堂上根本学不到的知识，也为我以后进一步走向社会打下坚实的基础。

最后，衷心感谢学校给我们提供这次的软件实习机会，感谢三位老师的指导和教诲！

附    录

附录一：

 PRINT LINEARIZED STRESS THROUGH A SECTION DEFINED BY PATH= 1-1        DSYS=  0

          ***** POST1 LINEARIZED STRESS LISTING *****

         INSIDE NODE =    360     OUTSIDE NODE =    979

  LOAD STEP     1  SUBSTEP=     1

  TIME=    1.0000         LOAD CASE=  0

 THE FOLLOWING X,Y,Z STRESSES ARE IN THE GLOBAL COORDINATE SYSTEM.

              ** MEMBRANE **

      SX          SY          SZ         SXY         SYZ         SXZ

   1.976       33.16       54.72       13.59       0.000       0.000   

      S1          S2          S3         SINT        SEQV

   54.72       38.25      -3.117       57.84       51.61   

              ** BENDING **  I=INSIDE C=CENTER O=OUTSIDE

      SX          SY          SZ         SXY         SYZ         SXZ

 I   3.682       71.87       26.59       32.01       0.000       0.000   

 C   0.000       0.000       0.000       0.000       0.000       0.000   

 O  -3.682      -71.87      -26.59      -32.01       0.000       0.000   

      S1          S2          S3         SINT        SEQV

 I   84.55       26.59      -8.991       93.54       81.78   

 C   0.000       0.000       0.000       0.000       0.000   

 O   8.991      -26.59      -84.55       93.54       81.78   

              ** MEMBRANE PLUS BENDING **  I=INSIDE C=CENTER O=OUTSIDE

      SX          SY          SZ         SXY         SYZ         SXZ

 I   5.659       105.0       81.31       45.61       0.000       0.000   

 C   1.976       33.16       54.72       13.59       0.000       0.000   

 O  -1.706      -38.72       28.14      -18.42       0.000       0.000   

      S1          S2          S3         SINT        SEQV

 I   122.8       81.31      -12.10       134.9       119.7   

 C   54.72       38.25      -3.117       57.84       51.61   

 O   28.14       5.898      -46.32       74.46       66.20   

              ** PEAK **  I=INSIDE C=CENTER O=OUTSIDE

      SX          SY          SZ         SXY         SYZ         SXZ

 I   3.892       20.66       8.184       3.756       0.000       0.000   

 C -0.4063      -20.29      -6.507      -6.859       0.000       0.000    

 O   1.646       31.91       10.57       18.11       0.000       0.000   

      S1          S2          S3         SINT        SEQV

 I   21.46       8.184       3.089       18.37       16.43   

 C   1.730      -6.507      -22.42       24.15       21.27   

 O   40.38       10.57      -6.824       47.20       41.34   

              ** TOTAL **  I=INSIDE C=CENTER O=OUTSIDE

      SX          SY          SZ         SXY         SYZ         SXZ

 I   9.550       125.7       89.49       49.36       0.000       0.000   

 C   1.570       12.87       48.22       6.734       0.000       0.000   

 O -0.5987E-01  -6.812       38.71     -0.3076       0.000       0.000   

      S1          S2          S3         SINT        SEQV        TEMP

 I   143.8       89.49      -8.594       152.4       133.8       0.000   

 C   48.22       16.01      -1.570       49.79       43.73   

 O   38.71     -0.4589E-01  -6.826       45.53       42.55       0.000   

  参考文献

l  王志文，蔡仁良编著.  化工容器设计. 北京：化学工业出版社，2005

l  谭天恩，窦梅，周明华等编著. 化工原理. 北京：化学工业出版社，2006

l  贺国匡等. 化工设备设计. 北京：化学工业出版社，2002

l  王非，林英. 化工设备设计全书. 北京：化学工业出版社，2005

l  王宽福编著. 压力容器焊接结构工程分析. 北京：化学工业出版社，1998