大开孔压力容器管箱接管应力的准确计算-连载1

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本文作者：刘笑天

本文源于一个请求。2016年秋天，公司某领导找到笔者说，现在有11个型号的出口加拿大的，参考美国ASME压力容器规范设计的压力容器管箱，需要计算接管处大开孔的强度，现在忙不过来了，让我先帮忙做3个型号的。笔者之前也自己尝试计算过这类产品，但是还没跟着项目做，这次也算是一个锻炼机会了。

之前，甲方提供了一个专门规范分析过程与评定合格方法的文件，其大部分要求比较容易实现。关键是有一条对分析精度的要求十分特殊与严格，即单元磨平后的应力结果与未磨平的应力结果的差别不超过5%。

此要求是笔者暂时遇到的各种产品应力分析要求中最严苛的。交货在即，临危受命。拿到并查阅有关资料，即开始建模和试探性计算。8天后，将磨平与未磨平结果控制到2%左右。又过了2天，基本符合甲方格式与内容要求的计算报告编制完成，提交初版。信心开始膨胀。

由于在压力容器管箱的接管处，存在明显的应力集中，为保证该处的应力结果精度，却又不太大的增加计算量，在分析时采用了子模型技术；由于是压力容器产品，后处理主要采用了应力线性化方法提取有关结果并评定。

本文主要围绕ANSYS Workbench软件的使用过程中的相关技巧进行介绍。其主要包括但不仅限于以下内容：

1、几何模型的合理切分原则；

2、使用DM模块合并模型的方法；

3、以云图形式显示网格质量；

4、扭矩荷载的施加；

5、命名选择的应用；

6、通过查看计算时间和任务管理器使用率，推测计算机性能瓶颈的方法；

7、子模型技术的应用；

8、虚拟拓扑技术的应用；

9、提取局部零件结果的方法；

10、提取磨平和未磨平的单元应力的方法；

11、创建应力分类线的2种方法；

12、将线性化结果导出Excel等内容组成。

开始计算前，简单介绍一下该空冷器的基本结构。下图为丝堵管箱式水平安装的鼓风式空冷器。图-1和图-2采用的是友商产品的现场照片。如图-1所示，该设备自下而上由钢结构、轴流鼓风机、换热管束等组成。图-2为本文所计算的带有大开孔的管箱部分的特写。图-3为采用第三方软件建模并渲染的管箱局部模型。

图-1 空冷器

图-2 管箱局部 

图-3 渲染的三维模型

本管箱接管处开孔面积比例超过50%，已经超过一般压力容器设计规范中解析算法的适用范围，故采用基于有限元方法的ANSYS软件进行模拟仿真应力分析。考虑到商业机密问题，本文所用模型尺寸和计算所需参数均与实际情况有较大出入，且只针对采用ANSYS Workbench平台，对实现某一功能的需求的操作方法进行介绍。

未完，待续……

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