基于ANSYS∕WORKBENCH的矩形常压容器的有限元设计.pdf

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1、石油和化工设备-8-论文广场2016年第19卷基于ANSYS/WORKBENCH的矩形常压容器的有限元设计郭伟宁，董志刚（海洋石油工程股份有限公司，天津300452）[摘要]钢制焊接常压容器的常规设计可依据NB/T47003.1-2009。但该标准仅提供了有限的钢制矩形容器结构型式，限制了钢制矩形容器的结构设计，且常规设计计算复杂，需查阅大量图表经验值。基于有限元的矩形常压容器设计，可以根据工程实际需要进行结构设计和三维建模，对于强度和刚度的分析计算更加直观准确，提高设计效率。本文介绍了应用ANSYS/WORKBENCH有限元分析软件对某大型矩形常压

2、容器的设计计算。[关键词]钢制焊接常压容器；矩形常压容器；Ansys/workbench钢制焊接常压矩形容器的常规设计可依据NB/大量图表经验值。基于有限元的矩形常压容器设T47003.1-2009第8章进行设计计算，标准中列出计，可以根据工程实际需要进行三维建模和结构了矩形容器可采用不加固型（A型）、顶边加固型设计，对于容器承受集中外载荷的情况也可以进（B型）、垂直加固型（C型）、横向加固型（D行模拟分析。型）、垂直和横向联合加固型（E型）、拉杆加固1有限元计算软件ANSYS/WORKBENCH介绍型（F型）及带双向水平联杆垂直加固型（G型）ANS

3、YS/WORKBENCH是ANSYS的CAD/CAE等七种结构形式，根据容器的容积可按照标准中新的协同环境，在Workbench环境中，工作人员表8-1选用适用的结构形式。设计计算流程按照标[1,2]始终面对同一个界面，无需在各种程序界面之间准中的图8-3。但是标准中限制了钢制方罐的结频繁切换，所有研发工具只是这个环境的后台技构设计，对于矩形容器承受外载荷的工况无法分术，各类研发数据在此平台上交换与共享。图1所析；而且标准中常规设计的计算复杂，需要查阅示为Workbench协同环境。图1该程序包括ANSYS公司提供的各种核心功建模、网格划分以及应力求

4、解，通过应力评定分能，如：非线性分析、静力分析、动力分析、疲析了矩形常压容器设计的可靠性。劳分析、屈曲分析、热及热应力分析、流体分[3]析、电磁分析、多目标自动优化等功能。本文利作者简介：郭伟宁（1980—），男，辽宁沈阳人，本科，中级工用Workbench分析软件进行了矩形常压容器的数学程师。海洋石油工程股份有限公司协调主管。第10期郭伟宁等基于ANSYS/WORKBENCH的矩形常压容器的有限元设计-9-2常压矩形容器富乙二醇缓冲罐有限元分析本文设计的富乙二醇缓冲罐为大型不锈钢方罐，设计压力为-2~+35kPaG，设计温度为110℃，试验压力为充

5、满水并加压45kPaG，容器内壁尺寸长6600mm、宽6600mm、高5500mm。容器外部垂直和水平加强筋布置简图如图2，容器内壁加强筋布置的主视图简图如图3，容器内壁加强筋布置的俯视图简图如图4。图3容器内壁加强筋布置主视图图2容器外部垂直和水平加强筋顶板厚度12mm，侧板和底板厚度14mm，方#罐外部加强筋为L80×80×7角钢，内加强筋为20a##型工字钢，底座结构梁为28a型和25a型工字钢。钢板和型钢材料为S31603。材料的机械性能参数见表1。强度及刚度校核评定参数见表2。图4容器内壁加强筋布置俯视图表1钢板及加强筋材料的机械性能材料杨

6、氏模量泊松比屈服强度设计工况许用应力试验工况许用应力S31603200GPa0.3177MPa118MPa118MPa表2钢板及加强筋允许变形合的矩形容器物理模型。在Workbench建模界面(DM)中进行实体建模相对于ANSYS的GUI中的设计工况试验工况允许局部应力允许局部应力建模更接近通用三维软件的建模，节省了建模允许变形（1.5倍许用应允许变形（1.5倍许用应的时间。钢板及加强筋的材料都选用S31603，力）力）并在Engineeringdata菜单中设置材料的物理参18mm177MPa27mm177MPa[4]数。本罐的顶板、长侧板、短侧板

7、和底板均采用SHELL181单元进行模拟，角钢及工字钢采用2.1三维建模[5]BEAM188单元进行模拟。建模过程中关键是将考虑到常压矩形容器的开孔接管及人孔通物理模型中的板梁单元组合成反映实际受力及约过补强后，开孔位置的设计强度大于补强筋的作束条件的模型。首先在DM建模界面中按照设计尺用，因此将矩形容器简化为没有开孔的板梁组寸建立板壳单元矩形容器，通过草图切分命令得石油和化工设备-10-论文广场2016年第19卷到加强筋的线体，再根据加强筋的设计方案建立单元能够真实反映矩形容器的外壁和加强筋的物线体的截面，得到设计截面的梁单元，最后通过理模型。建立

8、的物理模型外形图和剖视图如图5和Joint命令将模型中加强筋梁单元关联，这样板梁图6所示。图5模型外壁及加强