基于虚拟样机技术在压力容器中的仿真研究

材料特性图表2所示。

3.1建立约束

对压力容器进行静态分析，首先要为加载约束。该容器属于固定式压力容器，因此选择四块垫板为固定几何体，如图3所示。

3.2施加载荷

压力容器在工作过程中的载荷如表3所示。

3.3网格划分

多区域网格的划分将会影响计算结果精度和计算规模大小。本文利用Solidworks Simulation自带的工具进行壳网格划分。压力容器的网格划分如图5所示，解算器信息如表4所示

4优化设计

4.1有限元结果分析

从图 3 可以看出，在给定条件下，Von Mises等效应力最大值出现在筒体和上端法兰处，为 1.520×108N/m2，小于材料的屈服极限，是安全的。应力最小值分别出现在椭圆形封头和支撑立柱部分，其值为 2.0×102N/m2，安全性较高、材料富裕量较大。最大位移量发生在筒体和上端法兰部分，其最大值为8.782×10-1mm，最小位移量为1.0×10-3mm。应力、位移、应变的比较如图6所示。

4.2优化设计

设计方案往往不是唯一的，机械优化设计是从多个可行的设计方案中寻找最优方案。通过Solidworks Simulation有限元分析技术来寻找最佳解决方案，以最低的成本。

若试将原设计中的筒体、封头壁厚改为6mm，其余不变。网格划分运行后，得出最大应力数值为1.650×108N/m2，最小应力为 5.109×102N/m2。最大位移量发生在筒体和上端法兰部分，其最大值为1.121×101mm，最小位移量为1.0×10-3mm，应力、位移、应变的比较如图7所示。

修改后的设计既可以节约材料，又符合压力容器的工作状态。

5结论

本文首先以基本设计理论为基础建立了压力容器的三维模型；然后模拟了现实工作状况，对压力容器进行了静应力分析；最后，在外部载荷一定的条件下，利用Solidworks Simulation有限元分析技术对压力容器的壁厚进行了优化设计。该分析为同类型压力容器的设计提供了一定理论依据。

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