壓力容器裝配體結構的Patran局部有限元分析

李晟聞，張巨偉，王蕊，孫海霞

壓力容器裝配體結構的Patran局部有限元分析

李晟聞1，張巨偉1，王蕊2，孫海霞2

（1. 遼寧石油化工大學 機械工程學院， 遼寧 撫順 113001； 2. 山東華魯恒升化工股份有限公司，山東 德州 253600）

利用MSC.Patran&Nastran有限元軟件，為壓力容器裝配體結構建立了三維實體幾何模型，并對該局部裝配結構進行了有限元分析，闡明各部位的力學作用，得出裝配體應力和位移的分布規律，為實際的后續分析提供了安全技術保證和數據支持。

MSC.Patran&Nastran；裝配體；有限元分析

有限元法（MSC.Patran&Nastran）是一種應用廣泛的通用工程分析軟件[1]，Patran可以進行預處理，Nastran作為處理器對模型進行求解，后處理結果需要在Patran中查看，為結構做定性和定量評價。

本問題求解過程具體主要包括：建立工作文件名和文件標題，創建幾何模型，定義材料本構關系，定義單元屬性，劃分網格，位移邊界條件和載荷邊界條件，Nastran求解，查看求解結果[2]。

1 裝配體模型

根據局部模型在結構上和載荷上的對稱性[3]，所以，取裝配模型的二分之一作為分析的對象。本文所用計算模型如圖1所示。

裝配體具體尺寸：圓柱1長200 mm，半徑40 mm，圓柱2長100 mm，半徑30 mm，厚度均為5 mm，小圓柱長70 mm，半徑為11 mm，圓孔半徑為11 mm，彈性模量E=10 GPa，泊松比PRXY=0.3。

2 有限元分析模型

經過網格劃分之后，生成有限元模型如圖2所示[4]。由軟件模擬可得結構的位移分布云圖如圖 5所示。從中可看出，最大位移出現的位置為節點28 786處，即接管周圍，最大值為0.017 6 mm，在后續設計中應重點考慮，如增加結構厚度。

3 計算結果及后處理

施加邊界條件的模型如圖3所示。其中，位移邊界條件：在結構的所有對稱平面施加位移邊界條件，約束Z方向自由度，圓柱面一端固定，另一端鉸支，約束YZ方向自由度。

載荷邊界條件：結構的內壁面施加壓力。

由軟件模擬可得結構的應力分布云圖如圖4所示。從中可看出，最大應力出現的位置為節點33 171處，即接管處，最大值為3 428 Pa，在圓孔邊緣也有較大應力，在后續設計中應重點考慮，如增加結構厚度或優化結構倒角[5-8]。

4 結 語

通過利用MSC.Patran&Nastran2008有限元軟件對壓力容器裝配體進行了受力分析，建立了適用于分析的有限元模型，通過后處理得到了應力和應變的等高線變化圖[9]，為結構的分析提供了準確的定性和定量分析。經過分析計算，MSC.Patran& Nastran2008分析計算是比較準確的，為后續類似問題的分析提供了一定的數據支持。

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Finite Element Analysis of the Structure of the Pressure Vessel Assembly With Patran

LI Cheng-wen1，ZHANG Ju-wei1,WANG Rui2,SUN Hai-xia2
（1. Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001，China；2. Shandong Hualu Hengsheng Chemical Co., Ltd.，Shandong Dezhou 253600，China）

The three-dimensional solid geometry model for the pressure vessel assembly structure was established with MSC.Patran&Nastran finite element software, and finite element analysis was carried out, and mechanical functions of the structures were introduced, and distribution of stresses and displacements of the assembly were obtained, which could provide security technology guarantee and data support for the actual subsequent analysis.

MSC.Patran&Nastran; Assemblies; Finite element analysis

TQ 051

： A

： 1671-0460（2015）05-1065-02

2014-11-27

李晟聞（1990-），男，遼寧撫順人，碩士研究生，安全工程專業，研究方向：石化設備安全評價。

張巨偉（1962-），男，遼寧撫順人，研究方向：安全工程、石油化工設備的安全評價等。