基于SolidWorks的压力容器三维建模及应力分析

    压力容器是化工业重要的设备，在设计时，首先要满足工艺要求（如压力、温度、介质等），还必须保证安全性要求、合理性要求、经济性要求等。设备运行安全性是最重要的。在压力容器的有关国家标准中，设计方法一般是根据强度设计公式，考虑焊缝情况，确定焊缝系数，根据国标选择确定一定材料的安全系数，计算出容器壁厚，再加上厚度附加量，经查阅最小壁厚尺寸后确定容器壁厚。由于实际情况比较复杂，有时不可能完全用理论公式十分精确地反映真实的情况，因此在设计的过程中，还必须以科学实验和生产实践成果作为重要依据，因而设计时所确定的保险系数一般较高，但材料消耗大，经济性不好。而且，由于存在一定的定性分析，不能做较全面的实际应力、应变分析，故容器投入运行后仍然存在着隐患。

    目前，也有很多压力容器的计算机辅助设计软件在用，作者认为，利用的方便的三维造型和有限元分析功能，动态模拟容器加载后的应力、应变、位移情况，提供了详细的设计数据，为压力容器设计提供了一个实现优化设计途径。

1 的有限元分析功能

    是全球最有影响力的三维软件之一，它全面采用非全约束的特征建模技术，其设计过程全相关性，可以在设计过程的任何阶段修改设计，同时牵动相关部分的改变。它集成了设计、分析、加工和数据管理整个过程，所获得的分析和加工模拟结果成了产品模型的属性，在的特征管理器清晰地列出了详细的数据信息，作为修改、优化设计的依据。COSMOSWorks使用当今世界上最快的有限元分析算法一快速有限元算法(FFE)，完全集成在Windwos环境并与无缝集成，是的一个插件。快速有限元算法提升了传统算法50～100倍的解题速度，并降低磁盘储存空间，只需原来的50%。更重要的是，使用该技术，工程设计人员能非常迅速地实现对大规模的复杂设计的分析与验证，无须掌握有限元的相关知识，获得修正和优化设计所需的必要信息。可以为工程师提供应力分析、应变分析、热分析、优化设计、线性和非线性分析等。使用这个技术，可使工程师最大限度地缩短设计周期，降低测试成本，提高设计和产品质量。

2 设计方法

    2.1 按照理论公式，计算容器壁厚

    为说明问题方便，设己知条件：一立式空气储罐，简体为圆柱体形状，内径Di=1000mm，高H=1800mm。封头为标准椭圆形，Di=1000mm。操作压力P=3.5MP，安全阀开启压力=4MP，常温，工作介质为压缩空气。