PERA SIM Mechanical在压力容器行业应用

压力容器作为工业中的重要设备广泛存在于各行各业。压力容器通常在高温、高压状态下工作，并且工作所处的介质多为易燃、易爆等危险介质，因此，压力容器的安全设计至关重要。目前有对应的的压力容器设计规范标准，例如JB4732对分析设计有详细的限定要求，但对于一些超规范的特殊结构目前大多借助有限元法来分析设计，使设计满足规范要求。有限元技术为压力容器分析设计提供了强大的计算工具，本文将以某锁斗结构强度分析为例，采用安世亚太自主研发的结构仿真软件PERA SIM Mechanical进行应力和变形分析，并进行应力评定。

PERA SIM Mechanical作为安世亚太核心仿真产品之一，是功能强大、模块全面的结构仿真分析工具。PERA SIM Mechanical提供了以下功能：

• 提供了全面的结构静力、动力、线性、非线性及热分析等功能，满足各行业的结构分析需求；

• 提供了涵盖杆单元、梁单元、板壳单元、质量单元、弹簧单元、实体单元、热单元等丰富的单元类型；

• 提供了包括位移约束、集中力、远端力、远端位移、力矩、压力、重力、加速度、PSD、转动速度、谱载荷、温度等在内的丰富的边界条件与载荷、激励类型，并支持常量、表格等多种定义方式；

• 采用树形菜单管理模式，支持多模型、多种分析类型，支持多窗口渲染，从而方便处理复杂的仿真分析；

• 提供丰富的结果后处理及可视化功能。

PERA SIM Mechanical支持IGES、STEP在内的绝大多数主流CAD几何模型（如SolidWorks、CATIA、Creo等），以及ANSYS（cdb、inp、dat）、ABAQUS（inp）、NASTRAN（bdf）等网格模型数据的导入。因此，进行分析时，可以读入几何然后再划分网格，也可以直接读入网格文件。

支持导入的几何格式

支持导入的网格类型

本文采用导入外部CDB网格文件的方式，以完整读入节点和单元信息。考虑到接管处接管力的施加，在接管口添加了“零质量”的质量点单元，并关联到管口，方便后续力以及力矩的施加。通过预先定义好选择集，在施加载荷和约束的时候可以直接通过选择集来选择单元和节点。

有限元模型

PERA SIM Mechanical内置了材料库，其中包含常用的一些金属材质的数据，用户可以直接调用这些数据。同时支持用户根据提供的材料模板自定义需要的数据。还可以考虑材料弹塑性，用户可以选择使用双线性随动强化模型和等向强化模型，也可以选择多线性随动强化模型和等向强化模型。

材料定义

属性赋予

PERA SIM Mechanical支持各种载荷和约束形式的定义，在本例中介质接触所有表面包括筒体、封头、接管、法兰内表面及法兰有效密封宽度面内侧，这些表面承受内压Pc作用；在接管端面上施加等效的压力载荷，压力载荷可以实现根据有效面积进行换算；在定义了质量点的管口位置施加力和力矩，这些载荷的施加可以全部通过预定义的选择集方便的施加。

约束施加

载荷施加

各类载荷施加

PERA SIM Mechanical具备丰富的后处理功能，能够以多种不同的可视化方式展示计算的结果，包括云图（标量图、矢量图、等值线图、等值面图）、曲线、列表、动画（线性动画、瞬态动画、模态动画）、切面、应力线性化、响应PSD等。

变形分布云图

应力强度分布云图

应力强度分布剖视图

路径定义示意图

应力线性化结果

根据JB4732-1995《钢制压力容器-分析设计标准》，使用应力分类法进行应力评定，应力线性化路径的选取原则是：通过分析构件应力强度最大节点、其它高应力强度区选定节点及关注部位相应节点，并沿壁厚方向的最短方向设定应力线性化路径。

PERASIM  Mechanical具备丰富的几何和网格接口，可以导入各种类型几何文件或网格文件，拥有全面的边界条件类型，能支持压力容器强度校核所需的各类边界条件。实验结果在计算精度上本例PERASIM  Mechanical计算得到的应力强度与某商软结果相比偏差为1.3%，最大值对应位置一致，能满足压力容器行业仿真分析精度要求。