基于数值仿真的压力容器分析设计

基于数值仿真的分析设计作为压力容器设计重要方法，不仅解决了压力容器常规设计不能解决的问题，也是压力容器设计观点和方法上的一次飞跃。本书采用HyperMesh与ANSYS软件，基于JB47322005等国家标准的要求，介绍了压力容器分析的基础科学问题，阐述了压力容器分析设计中最为关键的应力分类方法；在有限元建模技术方法方面，详细介绍了软件的使用规则，以及有限元分析的基础手段；基于以上内容，探讨了有限元方法计算应力线性化的准则和应力分类识别方法，并进行了全过程热比加氢反应器的应力分类校核工作。掌握相关领域的关键基础知识与分析技术，将对行业人员、高校学生等采用数值仿真手段研究压力容器的设计与应力分析提供有效的理论与实践支撑。

第1章压力容器分析设计基础1
1.1概述1
1.1.1压力容器定义1
1.1.2压力容器设计方法发展2
1.1.3压力容器设计方法未来的发展5
1.2压力容器设计方法5
1.2.1规则设计5
1.2.2分析设计6
1.2.3规则设计与分析设计的结合8
1.3压力容器中的应力分类8
1.3.1压力容器内的应力9
1.3.2压力容器的应力分类9
1.3.3压力容器典型零部件中的应力分布11
第2章压力容器分析设计——应力分类法14
2.1应力分类的力学基础14
2.1.1应力的计算方法14
2.1.2不连续应力（边缘应力）分析15
2.1.3应力分类的基本出发点17
2.2压力容器失效模式与设计准则18
2.2.1失效模式18
2.2.2分析设计考虑的失效模式19
2.2.3设计准则20
2.3强度理论24
2.3.1强度设计的任务24
2.3.2强度理论及强度条件24
2.4应力分类设计判据25
2.4.1设计应力强度25
2.4.2应力强度校核25
第3章基于HyperMesh的有限元建模技术28
3.1HyperMesh有限元建模28
3.1.1基础知识28
3.1.2有限元分析步骤37
3.2HyperMesh2019的启动/退出与求解器设置39
3.3几何模型导入及几何清理41
3.3.1几何模型导入41
3.3.2几何模型清理41
3.3.3创建中面46
3.4有限元网格划分46
3.4.1一维网格划分47
3.4.2二维网格划分47
3.4.3三维网格划分53
3.5网格质量检查56
3.5.12D网格整体质量评估56
3.5.2单元连续性检查57
3.5.3“faces”面板57
3.5.4单元法向检查57
3.5.5重复单元检查与单元各项质量检查58
3.6有限元模型的导出60
第4章ANSYS有限元分析61
4.1ANSYS基本知识61
4.1.1有限元法61
4.1.2ANSYS软件61
4.1.3ANSYS程序运行产生的文件62
4.1.4有限元分析的基本步骤63
4.2ANSYS单元技术64
4.2.1杆单元“LINK180”64
4.2.2梁单元“BEAM188”64
4.2.3壳单元“SHELL181”和“SHELL281”64
4.2.4实体单元“SOLID185”“SOLID186”和“SOLID187”65
4.2.5质量单元“MASS21”65
4.2.6弹簧单元“COMBIN14”和“COMBIN39”65
4.2.7预紧力单元“PRETS179”65
4.2.8刚性杆/梁单元“MPC184Link/Bean”66
4.2.9铰链单元“MPC184Revolute”66
4.2.10目标单元“TARGE170”、接触单元“CONTA173”“CONTA174”和“CONTA175”66
4.2.11刚性区域“CERIG”66
4.2.12柔性连接“RBE3”等67
4.3ANSYS启动关闭及用户界面67
4.3.1ANSYS启动67
4.3.2图形用户界面及功能69
4.3.3退出“ANSYS2019R2”72
4.3.4保存数据库文件73
4.3.5读取数据库文件73
4.4有限元装配技术73
4.4.1实体壳梁单元连接74
4.4.2螺栓连接75
4.4.3焊接76
4.4.4轴承连接76
4.5基于HyperMesh和ANSYS加载及数据传递接口77
4.5.1加载77
4.5.2HyperMesh和ANSYS的数据传递接口78
第5章有限元方法计算应力线性化80
5.1等效线性化及应力分类线的选择80
5.1.1等效线性化的方法80
5.1.2应力分类线的选择81
5.2有限元所得应力线性化82
5.2.1应力积分法82
5.2.2有限元软件中的应力线性化84
5.3ANSYS分析结果应力分类识别85
5.3.1典型的评定截面85
5.3.2分析结果给出的应力分类识别85
第6章热壁加氢反应器应力分类校核87
6.1模型建立及设计参数87
6.1.1概述87
6.1.2实体模型88
6.1.3热壁加氢反应器设计参数88
6.2有限元模型的建立89
6.2.1导入压力容器模型89
6.2.2模型清理91
6.2.3模型简化91
6.2.4模型的拓扑改进92
6.2.5有限元网格划分92
6.2.6单元质量检查93
6.2.7保存为HM模型94
6.3压力应力分析95
6.3.1基于HyperMesh2019软件进行前处理95
6.3.2基于ANSYS2019R2软件进行计算求解101
6.3.3基于ANSYS2019R2软件查看分析结果及应力线性化103
6.4热分析120
6.4.1基于HyperMesh2019软件进行前处理120
6.4.2基于ANSYS2019R2软件进行热分析127
6.4.3基于ANSYS2019R2软件查看分析结果及应力线性化135
6.5热应力分析138
6.5.1基于ANSYS2019R2软件进行热应力分析138
6.5.2基于ANSYS2019R2软件查看分析结果及应力线性化142
6.6间接耦合法压力应力与热应力分析155
6.6.1基于ANSYS2019R2软件进行压力应力与热应力耦合分析155
6.6.2基于ANSYS2019R2软件查看分析结果及应力线性化159
6.7直接耦合法压力应力与热应力分析172
6.7.1基于HyperMesh2019软件进行前处理172
6.7.2基于ANSYS2019R2软件进行计算求解176
6.7.3基于ANSYS2019R2软件查看分析结果及应力线性化182
6.7.4应力强度校核195
参考文献196