基于ANSYS 的高壓容器封頭的應力分析與結構優化

許留云，薛 哲，張智超，胡瀧藝

(1.延安大學化學與化工學院，延安市石油化工承壓設備安全工程重點實驗室，陜西 延安 716000；2.油田氣化工科技公司，陜西 延安 716000）

近年來，隨著我國工業的飛速發展，高壓容器的應用廣泛且需求量日益增大。比如在石油化工行業的應用中[1]，液氫高壓容器的設計壓力達40MPa，車載儲氫容器的壓力為35～70MPa，加氫站用儲氫容器的壓力達到98MPa。除此之外，高壓容器在電力工業和軍事工業等行業也有著廣泛的應用。

壓力容器的設計通常都是按照GB 150.1～4-2011《壓力容器》[2]來進行，但是按照這種方式計算出來的結構，容器的壁厚較厚，不僅會浪費材料，還會使經濟成本增加。本文采用有限元分析軟件ANSYS Workbench，對高壓容器的封頭部分進行參數化設置，并進行結構靜力學分析，在不降低高壓容器安全性的前提下，減小封頭和接管的壁厚，減輕封頭的整體質量，并對其進行結構優化，以期得出合理的參數組合，使材料得到合理利用，降低經濟成本。

1 高壓容器封頭的靜力學分析

1.1 有限單元法及ANSYS

有限元法[3]是用相對比較簡單的問題去代替復雜問題進行求解。將復雜的對象通過有限個比較容易分析的單個元素來表達，這些重新細分的單個元素之間的有限個結點相互連接，并根據變形協調條件求解。本文主要采用有限元分析軟件ANSYS Workbench，對高壓容器封頭進行靜力學分析和結構優化。

1.2 高壓容器封頭的參數化模型

本文所研究的高壓容器為某煉油廠的反應容器，結構如圖1 所示。……