技术探讨:ANSYS模拟介质自重对设备应力的影响

在对设备进行应力分析时,如何模拟介质自重对设备的影响,有时候介质自重对设备计算出来的应力影响非常大。

ANSYS中常用的施加介质方法有如下4种:

(1) 将介质的自重加上壳体的自重,然后除以壳体的体积,就可以计算出等效的密度来施加,模拟介质的自重(等效密度法);

(2) 计算出壳体的自重,根据介质自重,折算等效的重力加速度来模拟介质的自重(等效加速度法);

(3) 计算出介质自重,建立质量单元,将质量单元耦合到设备内表面,采用RBE命令直接施加介质自重(等效集中力法);

(4) 编写介质自重产生的随高度变化的压力的函数,然后将变化的压力施加到壳体的内表面,来模拟介质自重(液注静压力法)。

以一台简单的容器为例,该容器采用的是可拆的耳式圈座支撑,圈座上面采用挡块来限制圈座的位移,圈座放在钢结构或者平台上来支撑整个设备的自重,挡块与圈座之间采用的是接触设置。

图1 结构三维模型



图2 有限元网格划分




图3 局部放大图




图4  施加等效密度或者等效加速度



图5 施加集中力



图6 施加液注静压力



图7 应力分布云图(等效密度法)



图8 应力分布云图 (等效加速度法)



图9 应力分布云图(等效集中力法)



图10 应力分布云图(液注静压力法)


表1 不同方法考虑介质自重对设备应力影响

施加方法等效密度等效加速度等效集中力液注静压力
总应力值/MPa71.9272.6699.47102.86


从上表可以看出,前两种方法的原理基本一致,计算的结构应力值相当,应力值偏小,相对液注静压力法计算结果的偏差为30.1%;等效集中力法与施加液注静压力法计算的结果相当,应力值较前两种方法大一些。所以,在ANSYS中模拟介质自重对设备应力影响时,建议采用等效集中力法与施加液注静压力法。




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