专业应用软件综合训练报告

1、1、目的与意义过程装备与控制工程前身是“化工机械专业”，本专业在过 程装备中分为两大类：化工机器。指主要作用部件为运动的机 械，如各种过滤机，破碎机，离心分离机、旋转窑、搅拌机、旋 转干燥机以及流体输送机械等。化工设备。指主要作用部件是 静止的或者只有很少运动的机械，如各种容器（槽、罐、釜等）、 普通窑、塔器、反应器、换热器、普通干燥器、蒸发器，反应 炉、电解槽、结品设备、传质设备、吸附设备、流态化设备、普 通分离设备以及离子交换设备等。化工机械的划分是不严格的， 一些流体输送机械（如泵、风机和压缩机等）。而今天我们所进行 的软件训练主要针对于化工设备。在科技的高速发展下，计算机 被广泛应用。

2、同时我们专业分别在规则设计和分析设计中也诞生 出相应的软件。本此软件训练在规则设计方面全国化工设备设计中心站与上 海迅羽化工工程高技术中心基于GB-150等开发的SW6软件，在 分析设计中使用美国ANSYS公司开发的ANSYS软件。本次专业 应用软件综合训练目的在于了解上述软件，并能按照上机指南进 行操作，并能结合化工容器设计课程中所学到知识对软件处 理后的数据进行基本分析。通过本次专业应用软件综合训练了解 到的和掌握到的知识为以后的学习、工作最为铺垫。在本专业中应用软件处理，可以提高效率，并且计算结果更 具说服力。2、训练项目2.1基于规则设计SW6软件2.1.1软件介绍SW6，过程设备强度

3、计算软件，目前版本：SW6-2011 V1.0 , 中、英文版。SW6 是一 GB150、GB151、GB12337、JB4710 及 JB4731 等一系 列与压力容器、化工过程设备设计计算有关的国家标准、行业标 准为计算模型的设计计算软件。SW6包括十个设备计算程序，分别为卧式容器、塔器、固定管 板换热器、浮头式换热器、填函式换热器、U形管换热器、带夹套 立式容器、球形储罐、高压容器及非圆形容器等，以及零部件计 算程序和用户材料数据库管理程序。SW6零部件计算程序可单独计算最为常用的受内、外压的圆筒 和各种封头，以及开孔补强、法兰等受压元件，也可对HG20582- 1998钢制化工容器强度

4、计算规定中的一些较为特殊的受压元 件进行强度计算。十个设备计算程序则几乎能对该类设备各种结 构组合的受压元件进行逐个计算或整体计算。为了便于用户对图纸和计算结果进行校核，并符合压力容器 管理制度原始数据存档的要求，用户可打印输入的原始数据。SW6计算结束后，分别以屏幕显示简要结果及直接采用WORD 表格形式形成按中、英文编排的设计计算书等多种方式，给 出相应的计算结果，满足用户查阅简要结论或输出正式文件存档 的不同需要。SW6以Windows为操作平台，不少操作借鉴了类似于Windows 的用户界面，因而允许用户分多次输入同一台设备原始数据、在 同一台设备中对不同零部件原始数据的输入次序不作限

5、制、输入 原始数据时还可借助于示意图或帮助按钮给出提示等，极大地方 便用户使用。一个设备中各个零部件的计算次序，既可由用户自 行决定，也可由程序来决定，十分灵活本训练采用软件为SW6-1998 V6.02.1.2训练内容上机共进行七道习题的训练（应用到SW6软件中卧式容器、立 式容器、零部件模块）从中选取其中一道（第五题）应用零部件模 块进行计算。问题描述：设计条件：设计压力 p=3.5 MPa设计温度 t=350 C标准椭圆型封头二=1800 mm ,名义厚度二=18 mm , 中心设置，0=159 4.5的内平齐接管，开孔未通过焊缝。厚度附加量：壳体 C取2 mm接管 C取2 mm接管外伸

6、高度h =200 mm材料：封头16MnR二=163 MPa接管10?-108 MPa补强圈16MnR河=163 MPa试进行补强圈设计。由SW6-1998 V6.0生成的计算说明书如下:开孔补强计算计算单位压力容器专用计算软件接管：1*159x4.5计算方法:GB150-19等8面积补强法，单孔设计条件简图计算压力pc2七.5MPa设计温度1L50C1E壳体型式圆形筒体-1?壳体材料16MnR（热轧）名称及类型板材壳体开孔处焊接接头系数01壳体内直径D.111800mmMr-.%1=壳体开孔处名义厚度0n 118mm匚Ji .-1;A壳体厚度负偏差q0mm壳体腐蚀裕量C22mm壳体材料许用应

7、力。t1181MPa接管实际外伸长度200mm接管实际内伸长度0mm接管材料名称及类型10（热轧） 管材接管焊接接头系数1接管腐蚀裕量2mm补强圈材料名 称16MnR（热轧）凸形封头开孔中心至 封头轴线的距离mm补强圈外径270mm补强圈厚度15mm接管厚度负偏差C1t0.562mm补强圈厚度负偏差C 01rmm接管材料许用应力。t115MPa补强圈许用应力at189MPa开孔补强计算壳体计算厚度。12.52mm接管计算厚度0 t1.648mm补强圈强度削弱系数fr1接管材料强度削弱系数fr0.635开孔直径d155.1mm补强区有效宽度B310.2mm接管有效外伸长度h126.42mm接管有

8、效内伸长度h20mm开孔削弱所需的补强面积l 1942mm2壳体多余金属面积A540.2mm2接管多余金属面积A29.708mm2补强区内的焊缝面积A320.25mm2A+A2+A3=570.2 mm2 ,小于A,需另加补强。补强圈面积A41665mm2A-(A1+A2+A3)1372mm2结论：补强满足要求。2.2基于分析设计ANSYS软件2.2.1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, NASTRA

9、N, IDEAS, AutoCAD 等，是现 代产品设计中的高级CAE工具之一。ANSYS软件提供的分析类型分别为：结构静力分析用来求解外载荷引起的位移、应力和力。静力分析很适合求 解惯性和阻尼对结构的影响并不显著的问题。ANSYS程序中的静力 分析不仅可以进行线性分析，而且也可以进行非线性分析，如塑 性、蠕变、膨胀、大变形、大应变及接触分析。结构动力学分析结构动力学分析用来求解随时间变化的载荷对结构或部件的影 响。与静力分析不同，动力分析要考虑随时间变化的力载荷以及 它对阻尼和惯性的影响。ANSYS可进行的结构动力学分析类型包 括：瞬态动力学分析、模态分析、谐波响应分析及随机振动响应 分析。

10、结构非线性分析结构非线性导致结构或部件的响应随外载荷不成比例变化。ANSYS程序可求解静态和瞬态非线性问题，包括材料非线性、几何 非线性和单元非线性三种。动力学分析ANSYS程序可以分析大型三维柔体运动。当运动的积累影响起 主要作用时，可使用这些功能分析复杂结构在空间中的运动特 性，并确定结构中由此产生的应力、应变和变形。热分析程序可处理热传递的三种基本类型：传导、对流和辐射。热 传递的三种类型均可进行稳态和瞬态、线性和非线性分析。热分 析还具有可以模拟材料固化和熔解过程的相变分析能力以及模拟 热与结构应力之间的热一结构耦合分析能力。电磁场分析主要用于电磁场问题的分析，如电感、电容、磁通量密度

11、、 涡流、电场分布、磁力线分布、力、运动效应、电路和能量损失 等。还可用于螺线管、调节器、发电机、变换器、磁体、加速 器、电解槽及无损检测装置等的设计和分析领域。流体动力学分析ANSYS流体单元能进行流体动力学分析，分析类型可以为瞬态 或稳态。分析结果可以是每个节点的压力和通过每个单元的流率。并且可以利用后处理功能产生压力、流率和温度分布的图形 显示。另外，还可以使用三维表面效应单元和热一流管单元模拟 结构的流体绕流并包括对流换热效应。声场分析程序的声学功能用来研究在含有流体的介质中声波的传播， 或分析浸在流体中的固体结构的动态特性。这些功能可用来确定 音响话筒的频率响应，研究音乐大厅的声场强

12、度分布，或预测水 对振动船体的阻尼效应。压电分析用于分析二维或三维结构对AC （交流）、DC （百流）或任意随 时间变化的电流或机械载荷的响应。这种分析类型可用于换热 器、振荡器、谐振器、麦克风等部件及其它电子设备的结构动态 性能分析。可进行四种类型的分析：静态分析、模态分析、谐波 响应分析、瞬态响应分析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。本训练采用软件为ANSYS 12.02.2.2训练内容以下为具体步骤：ANSYS软件首次运行应先启动Mechanical APDL Product Launcher进行设置，其中包括软件模块选取（多物理场模块）、工 作目录的设定、工

13、作者名。设置后，点击运行（run）。随后关闭Mechanical APDL Product Launcher 窗口，启动 Mechanical APDL （ANSYS）,进入 ANSYS 正 式工作界面。上机共进行了交互式练习四题，分别为简支梁的变形分析、坝 体的有限元建模与受力分析、受内压作用的球体的应力与变形分、 受热载荷作用的厚壁圆筒的有限元建模与温度场求解。程序式练习 四道题，分别为非线性屈曲分析-稳定性分析、高压容器筒体与封 头的连接区的应力分、裙式支座应力分、压力容器开孔接管区的应 力分析。现从以上程序式练习的四道题中选高压容器筒体与封头的连接 区的应力分进行分析。问题描述：高压容

14、器筒体与封头的连接区的应力分析某高压容器设计压力P=16MPa，设计温度T=200C，材料为 Q345R。筒体内径 R1=775mm，壁厚t=100mm ；封头内径 R2=800mm，厚度t2=48mm.筒体削边长度L=95mm，试对该高压容器筒体与封头进行应力分析。（如图1）图1高压容器球形封头与筒体的连接区结构进行前处理，首先生成模型图。（如图3）图3高压容器球形封头与筒体的连接区模型图中包括问题描述中高压容器筒体部分、筒体切削部分、封头 部分。其次，对模型网格化并施加载荷。（如图4）图4模型网格化并施加载荷后生成如图4所示其中包括载荷、约束、单元、节点。第三，进行分析计算与后处理，生成应

15、力云图。（如图5）DEC 26 2012 20:35:53NODAL SOLUTIONSTEP=1SUB =1TIME=1SINT (AVG)PowerGraphics EFACET=1 AVRES=MatDMX =.515809SMN =96.796SMX =204.34ZV =1*DIST=1289XF =437.718YF =-128.252Z-BUFFER 96.796 108.745 120.695 132.644 144.593 156.543 168.492 180.441 192.391 204.34图5在应力强度下的的云图图5中显示了应力的最小值处（MN）、最大值处（MX）。

16、其中，最大值为204.34MPa、最小值为97.796MPa。第四，应用后处理模块，在应力最大处选取路径。（如图6）DEC 26 2012 20:36:49 ELEMENT SOLUTION STEP=1 SUB =1 TIME=1SINT (NOAVG) PowerGraphics EFACET=1DMX =.515809 5MN =96.772 SMX =205.557 PATHZV =1 *DIST=31.426 *XF =818.707 *YF =96.384Z-BUFFER 96.772 108.859 120.946 133.033 145.121 157.208 169.295

17、181.383 193.47 205.557图6选取截面A-A进行线性化后，生成曲线图。（如图7）TNIS09.66419.32828.99238.65648.3234.83214.49624.1633.82443.488DISTDEC 26 2012 20:37:30 POST1 STEP=1 SUB =1 TIME=1 SECTION PLOT NOD1=22 NOD2=12 SINT MEMBRANE MEM+BEND TOTALZV =1 *DIST=.75 *XF =.5 *YF =.5 *ZF =.5vortexXRTO=1 Z-BUFFER图7线性化后曲线截面A-A应力分析在截面

18、A-A上存在着由内压产生的应力，该应力沿壁厚的平均 值划分为一次局部薄膜应力（之），沿壁厚的梯度为二次应力（Q）。由 于不连续造成的弯曲应力也为二次应力（Q）。而由于不连续效应产生 的薄膜应力出于保守划分为一次局部薄膜应力（之）。由于温差产生 的温差应力沿壁厚成非线性，当线性化后为二次应力与峰值应力之 和。（Q+F）根据应力强度的许用极限得：政+Q+FW3袁对于Q345R其屈服极限匚=345 MPa ,在常温下的安全系数为上 =1.5故 S- =?=三=230MPa根据附录应力数据表知道 政+Q =157 MPa F=47.78MPa计算如下：因为： 政 +Q+F =204.78 MPa3s

19、二=690 MPa所以：政+Q+F 3得出结论：截面A-A满足强度要求。2、总结通过两周的专业应用软件综合训练，我对SW6软件与 ANSYS软件的运用能够基本掌握。重新复习了化工容器设计 这门课程。基于规则设计较为传统，分析设计应用潜力大。当设备形状 复杂时采用分析设计会是问题的求解更加趋于实际。在当下设备 趋于大型化、复杂化。分析设计显得更为重要。作为化工设备设 计的专业对ANSYS公司开发的大型通用有限元分析软件理应掌 握。这两周时间远远不能达到完全掌握的程度，但是通过专业应 用软件综合训练我们了解到了专业的设计分析软件。同时也增强 了专业知识的储备。计算机的出现加速了各个学科的发展，想适

20、应于当今的科 技，必然需要了解和掌握这些专业应用软件。最后感谢在百忙之中为我们辅导的两位老师。PRINT LINEARIZED STRESS THROUGH A SECTION DEFINED BY PATH= A-A DSYS= 0* POST1 LINEARIZED STRESS LISTING *INSIDE NODE = 22 OUTSIDE NODE = 12LOAD STEP 1 SUBSTEP= 1TIME= 1.0000 LOAD CASE= 0THE FOLLOWING X,Y,Z STRESSES ARE IN THE GLOBAL COORDINATE SYSTEM. *

21、 MEMBRANE *SXSYSZSXYSYZSXZ4.658127.5128.5-13.900.0000.000S1S2S3SINTSEQV129.1128.53.106125.9125.7* BENDING * I=INSIDE C=CENTER O=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZI -7.84726.3110.2013.330.0000.000C 0.0000.0000.0000.0000.0000.000O 7.847-26.31-10.20-13.330.0000.000S1S2S3SINTSEQVI 30.8910.20-12.4343.3337.53C 0.0000.0000.0000.0000.000O 12.43-10.20-30.8943.3337.53* MEMBRANE PLUS BENDING * I=INSIDE C=CENTER O=OUTSIDESXSYSZSXYSY