压力容器装配体结构的Patran局部有限元分析

李晟闻，张巨伟，王蕊，孙海霞

压力容器装配体结构的Patran局部有限元分析

李晟闻1，张巨伟1，王蕊2，孙海霞2

（1. 辽宁石油化工大学 机械工程学院， 辽宁 抚顺 113001； 2. 山东华鲁恒升化工股份有限公司，山东 德州 253600）

利用MSC.Patran&Nastran有限元软件，为压力容器装配体结构建立了三维实体几何模型，并对该局部装配结构进行了有限元分析，阐明各部位的力学作用，得出装配体应力和位移的分布规律，为实际的后续分析提供了安全技术保证和数据支持。

MSC.Patran&Nastran；装配体；有限元分析

有限元法（MSC.Patran&Nastran）是一种应用广泛的通用工程分析软件[1]，Patran可以进行预处理，Nastran作为处理器对模型进行求解，后处理结果需要在Patran中查看，为结构做定性和定量评价。

本问题求解过程具体主要包括：建立工作文件名和文件标题，创建几何模型，定义材料本构关系，定义单元属性，划分网格，位移边界条件和载荷边界条件，Nastran求解，查看求解结果[2]。

1 装配体模型

根据局部模型在结构上和载荷上的对称性[3]，所以，取装配模型的二分之一作为分析的对象。本文所用计算模型如图1所示。

装配体具体尺寸：圆柱1长200 mm，半径40 mm，圆柱2长100 mm，半径30 mm，厚度均为5 mm，小圆柱长70 mm，半径为11 mm，圆孔半径为11 mm，弹性模量E=10 GPa，泊松比PRXY=0.3。

2 有限元分析模型

经过网格划分之后，生成有限元模型如图2所示[4]。由软件模拟可得结构的位移分布云图如图 5所示。从中可看出，最大位移出现的位置为节点28 786处，即接管周围，最大值为0.017 6 mm，在后续设计中应重点考虑，如增加结构厚度。

3 计算结果及后处理

施加边界条件的模型如图3所示。其中，位移边界条件：在结构的所有对称平面施加位移边界条件，约束Z方向自由度，圆柱面一端固定，另一端铰支，约束YZ方向自由度。

载荷边界条件：结构的内壁面施加压力。

由软件模拟可得结构的应力分布云图如图4所示。从中可看出，最大应力出现的位置为节点33 171处，即接管处，最大值为3 428 Pa，在圆孔边缘也有较大应力，在后续设计中应重点考虑，如增加结构厚度或优化结构倒角[5-8]。

4 结 语

通过利用MSC.Patran&Nastran2008有限元软件对压力容器装配体进行了受力分析，建立了适用于分析的有限元模型，通过后处理得到了应力和应变的等高线变化图[9]，为结构的分析提供了准确的定性和定量分析。经过分析计算，MSC.Patran& Nastran2008分析计算是比较准确的，为后续类似问题的分析提供了一定的数据支持。

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［6］冯立静,张国友.基于Patran/Nastran的铰链模拟分析[J]. 机械设计与制造,2009(10):232-234.

［7］王荣荣,付路路,陈广芳,等.基于ANSYS的圆柱销装配预应力受力分析[J].当代化工,2014(2):308-309.

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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

李晟闻（1990-），男，辽宁抚顺人，硕士研究生，安全工程专业，研究方向：石化设备安全评价。

张巨伟（1962-），男，辽宁抚顺人，研究方向：安全工程、石油化工设备的安全评价等。