软件实训报告.pdf

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1、专业应用软件综合训练专业应用软件综合训练专业：过程装备与控制工程班级：过控一班学号：09150129姓名：李政平指导教师：余龙姜峰梁瑞时间：2013 年 1 月 17 日石 油 化 工 学 院目目录录第一章第一章 实训的目的与意义实训的目的与意义.1 1第二章第二章 SW6SW6 和和 ANSYSANSYS 软件的功能及应用软件的功能及应用.1 1第三章第三章 例题分析例题分析.3 33.1 SW63.1 SW6 例题例题.3 33.1.13.1.1 问题描述问题描述.3 33.1.23.1.2 问题解决问题解决.3 33.2 ANSYS3.2 ANSYS例题例题-加氢反应器裙座支撑区的应力分

2、析加氢反应器裙座支撑区的应力分析.5 53.2.1.3.2.1.问题描述问题描述.5 53.2.23.2.2 模型结构分析模型结构分析.6 63.2.33.2.3 模型载荷分析模型载荷分析.6 63.2.43.2.4 应力强度校核应力强度校核.8 8第四章第四章 心得体会心得体会.1 10 0附附录录.1111第一章第一章 实训的目的与意义实训的目的与意义随着 GB150、GB151、GB12337、JB4732 等一系列与压力容器、化工过程设备设计计算有关的国家标准、行业标准全面更新和颁发，由全国著名高校、设计院和研究所联合开发sw6系列过程设备强度计算软件（简称 sw6-1998）。我们可

3、以通过该软件学习卧式容器、塔器、固定管板换热器、浮头式换热器、立式容器、球形储罐、U 型管换热器、带夹套立式容器、高压容器及非圆形容器，以及零部件的强度计算和强度校核方法和注意问题。了解并掌握软件 SW6-1998，能够熟练运用并按照指导书要求完成相关练习；了解并掌握软件 ANSYS，能够熟练运用并按照指导书要求完成相关练习。通过对专业软件 SW6-1998,ANSYS 的训练，能够更加深刻了解对化工容器方面的相关软件，从而提高了专业软件的应用能力。通过本次软件实习，让我们深刻地了解到SW6-1998和 ANSYS 软件的强大功能。他们不仅可以减少我们的工作量，提高工作效率，而且对压力容器等设

4、备的准确应用尤为重要，对提高设备的准确度也起着巨大的作用。对于我们从事压力容器设计的工作者来说，做到准确和细致是十分重要的工作素养，所以学好软件对我们有重大意义。第二章第二章 SW6SW6 和和 ANSYSANSYS 软件的功能及应用软件的功能及应用SW6 包括有十个设备计算程序（分别为卧式容器、塔器、固定管板换热器、浮头式换热器、填函式换热器、U 形管换热器、带夹套立式容器、球形储罐、高压容器及非圆形容器等），以及零部件计算程序和用户材料数据库管理程序。零部件计算程序可单独计算最为常用的受内、外压的圆筒和各种封头，以及开孔补强、法兰等受压元件，也可对 HG20582钢制化工容器强度计算规定

5、中的一些较为特殊的受压元件进行强度计算。十个设备计算程序则几乎能对该类设备各种结构组合的受压元件进行逐个计算或整体计算。由于SW6 以 Windows为操作平台，不少操作借鉴了类似于 Windows 的用户界面，因而允许用户分多次输入同一台设备的原始数据、在同一台设备中对不同零部件原始数据的输入次序不作限制、输入原始1 1数据时还可借助于示意图或帮助按钮给出提示等，极大地方便用户使用。一个设备中各个零部件计算次序，既可由用户自行决定，也可由程序来决定，十分灵活。为了便于用户对图纸和计算结果进行校核，并符合压力容器管理制度原始数据存档的要求，本软件可以打印用户输入的原始数据。计算结束后，分别以屏

6、幕显示简要结果及直接采用WORD 表格形式形成按中、英文编排的设计计算书等多种方式，给出相应的计算结果，满足用户查阅简要结论或输出正式文件存档的不同需要。ANSYS 软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力；后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明

7、及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。软件提供了 100 种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。该软件有多种不同版本，可以运行在从个人机到大型机的多种计算机设备上，如 PC，SGI，HP，SUN，DEC，IBM，CRAY 等。目前版本为 ANSYS5.7版，其微机版本要求的操作系统为Windows 95/98或 Windows NT,也可运行于 UNIX 系统下。微机版的基本硬件要求为：显示分辨率为 1024768，显示内存为 2M 以上，硬盘大于 350M，推荐使用 17 英寸显示器。启动 ANSYS，进入欢迎画面以后，程序停

8、留在开始平台。从开始平台（主菜单）可以进入各处理模块：PREP7（通用前处理模块），SOLUTION（求解模块），POST1（通用后处理模块），POST26（时间历程后处理模块）。ANSYS 用户手册的全部内容都可以联机查阅。用户的指令可以通过鼠标点击菜单项选取和执行，也可以在命令输入窗口通过键盘输入。命令一经执行，该命令就会在.LOG 文件中列出，打开输出窗口可以看到.LOG 文件的内容。如果软件运行过程中出现问题，查看.LOG 文件中的命令流及其错误提示，将有助于快速发现问题的根源。.LOG 文件的内容可以略作修改存到一个批处理文件中，在以后进行同样工作时，由 ANSYS 自动读入并执行，

9、这是 ANSYS 软件的第三种命令输入方式。这种命令方式在进行某些重复性较高的工作时，能有效地提高工作速度。2 2第三章第三章 例题分析例题分析3.1 SW63.1 SW6 例题例题3.1.13.1.1 问题描述问题描述某减压塔，塔体内径为 2000 mm，设计压力 p=0.07MPa。塔体圆筒总高 8000 mm，两端为标准椭圆形封头（如图所示）。塔体设计温度 370，材料 20R，腐蚀裕度 3 mm。试计算塔体厚度，并确定当设置3 个加强圈时，塔体的厚度及加强圈尺寸？3.1.23.1.2 问题解决问题解决过程设备强度计算书3 3外压圆筒校核外压圆筒校核计 算 条 件计算压力 Pc设计温度

10、t内径 Di材料试验温度许用应力 设计温度许用应力 t试验温度下屈服点 s钢板负偏差 C1腐蚀裕量 C2焊接接头系数设 计 单位MPa Cmm过程设备设计计算软件包过程设备设计计算软件包压力容器专用压力容器专用简图-0.07-0.07370.00370.002000.002000.0020R(20R(正火正火)(板材板材)133.00133.0089.6089.60245.00245.000.000.003.003.001.001.00MPaMPaMPammmm压力试验时应力校核压力试验类型试验压力值压力试验允许通过的应力水平 T试验压力下圆筒的应力T 0.90s=220.50220.50MP

11、aMPa液压试验液压试验PT=1.25Pc=0.08750.0875MPapT.(Di e)2e.T=12.5412.54TT校核条件校核结果合格合格厚度计算=6.07 6.07e=n-C1-C2=7.007.00n=10.0010.00L=2108.002108.00Do=Di+2n=2020.00=2020.00mmmmmmmmmm计算厚度有效厚度名义厚度外压计算长度 L筒体外径 DoL/DoDo/eA 值B 值许用外压力结论重量1.041.04288.57288.57A=0.00025790.0002579B=29.0429.04P=BDo/e=0.100620.10062MPakg合格

12、合格3965.463965.464 4加强圈计算加强圈类型加强圈规格Ls加强圈面积 AsB 值A 值加强圈惯性矩 Ix所需惯性矩 I有效惯性矩 Is结论扁钢扁钢-80 x8-80 x8Ls=2108.002108.00As=640.00 640.00PcDommmm2Be As/Ls=19.3619.36mm4A0.00017190.0001719341300.00341300.00I=2DoLs(eAs/Ls)10.9A=990963.94=990963.94mm4mm41057843.121057843.12合格合格3.2 ANSYS3.2 ANSYS 例题例题-加氢反应器裙座支撑区的应力

13、分析加氢反应器裙座支撑区的应力分析3.2.1.3.2.1.问题描述问题描述某加氢精制反应器，设计压力P=9.8MPa，设计温度 T=347。材料为2Cr 1Mo，弹性模量 E2.0X10 MPa，泊松比 0.3。514设计温度下材料设计应力强度：裙座锻造结构Sm=115.5MPa；筒体及封头主体（板材）Sm1=153.7MPa。设备总重mo=270000kg。h 型锻件尺寸为：筒体内半径 R1=1406.5mm 壁厚 t1=87mm；球封头内半径 R21416.5mm，壁厚 t2=52mm；裙座壁厚 t3=22mm；过渡圆角半径 r=20mm；锻造高度 H=568mm。试对该加氢反应器裙座支撑

14、区的应力进行分析。图 1 h 型锻件示意图5 53.2.23.2.2 模型结构分析模型结构分析题中所述加氢精制反应器结构中筒体与封头连接处、裙座支撑区等部位均需要按分析设计方法进行强度分析，这些部位应力大体上有一次总体薄膜应力Pm，一次弯曲应力Pb，一次局部薄膜应力PL，二次应力Q，峰值应力F。此反应器承受这些应力后可能产生过度变形和失稳失效。此模型结构图如图2 所示：1ELEMENTSJAN 16 201310:58:36YZX mechanical stress analysis of skirt supporting zone of hydrogenation reactor图 2模型结

15、构图3.2.33.2.3 模型载荷分析模型载荷分析筒体到裙座支承处的高度h=615，裙座体高度 h1=1500，筒体长度 h2=1000。内压 9.8MPa进入 ANSYS，通过设置计算类型、选择单元类型、定义材料参数、定义截面、生成几何模型、网格划分、模型施加约束和分析计算输出结果。其中此模型施加的约束包括内表面施加内压、筒体端部施加轴向平衡面载荷、裙座底端线段施加轴向位移约束、封头对称面施加 x 方向位移约束。模型承受载荷输出图如图3 所示：6 61JAN 16 201311:03:01NODAL SOLUTIONSTEP=1SUB=1TIME=1SINT (AVG)PowerGraphi

16、csEFACET=1YAVRES=MatDMX=1.044ZXSMN=5.2SMX=183.99UMXZV =1*DIST=2172XF =747.256MNYF =-557.46Z-BUFFERPRES-NORM-73.502-64.246-54.99-45.735-36.479-27.223-17.967-8.712.5442359.85.2 mechanical stress analysis of skirt supporting zone of hydrogenation reactor25.065图 3 模型载荷图模型受载后变形输出图如图4 所示：1JAN 16 201311:02

17、:55NODAL SOLUTIONSTEP=1SUB=1TIME=1SINT (AVG)PowerGraphicsYEFACET=1AVRES=MatZXDMX=1.044SMN=5.2SMX=183.99ZV =1DIST=1720MXXF =822.159YF =-551.597MNZ-BUFFER5.225.06544.93164.79784.662104.528124.393144.259164.125183.99 mechanical stress analysis of skirt supporting zone of hydrogenation reactor图 4 模型变形图模

18、型分析截面路径的应力强度云图如图5 所示：7 71JAN 16 201311:10:57NODAL SOLUTIONSTEP=1SUB=1TIME=1SINT (AVG)PowerGraphicsEFACET=1AVRES=MatDMX=1.044SMN=5.2SMX=183.99UNFORRFORPATHZV =1*DIST=62.011*XF =1351*YF =-505.421Z-BUFFER5.2MX25.06544.93164.79784.662104.528124.393144.259164.125183.99 mechanical stress analysis of skirt

19、 supporting zone of hydrogenation reactor2-2图 5 应力强度云图3.2.43.2.4 应力强度校核应力强度校核1.计算条件：设计压力 P=9.8MPa，设计温度 T=347。材料为2Cr 1Mo，弹性模量 E2.0X10 MPa，泊松比 0.3。设计温度下材料设计应力强度：筒体及封头主体（板514材）Sm=153.7MPa。2.以上分析路径应力强度分布图如图6 所示：1JAN 16 201311:11:46POST1STEP=1SUB=1TIME=1SECTION PLOTNOD1=1648NOD2=14SINTMEMBRANEMEM+BENDTOT

20、ALZV =1*DIST=.75*XF =.5*YF =.5*ZF =.5XRTO=1Z-BUFFER183.99177.047170.105163.163156.221149.279142.337135.395128.453121.511114.56905.22410.44820.89631.34441.79252.24415.67226.1236.56847.016DIST mechanical stress analysis of skirt supporting zone of hydrogenation reactor图 6 应力分布曲线图8 8由应力强度云图可知，在裙座结构不连续处

21、的应力分布不均匀,此处应力有一次总体薄膜应力 Pm、弯曲应力 Pb、二次应力 Q、峰值应力 F.此反应器承受这些应力后可能产生过度变形和失稳失效，因此需对此进行应力强度校核。其校核过程如下：（1）根据第三强度理论计算出应力强度S，根据附录中*TOTAL*可知：S=184.0 MPa；应力强度应该满足以下限制条件：S 13.0Sm153.7MPa461.1MPa；满足强度要求（2）一次总体薄膜应力Pm呈总体分布，且无自限性，只要一点屈服就会使整个截面以至总体范围屈服，并引起显著的总体变形，因此采用弹性失效设计准则校核。根据附录中*MEMBRANE*可知：Pm=129.4 MPa；一次总体薄膜应力

22、强度有以下限制条件：S1 Pm Sm153.7MPa；满足强度要求（3）一次局部薄膜应力PL，其中有一次应力的成分，也有二次应力的成分。它既有局部性，有的还有二次应力的自限性。另一方面局部薄膜应力过大，会使局部材料发生塑性流动，引起局部薄膜应力的重新分布，即把载荷从结构的高应力区向低应力区转移。根据附录中*MEMBRANE*可知：PL=129.4 MPa；因此需满足以下限制条件：S2 PL1.5Sm 230.55MPa；满足强度要求（4）除Pm及PL应单独作为应力强度校核外，压力容器中的峰值应力F由于具有高度的局部性，不会引起任何明显的变形，仅可能引起疲劳裂纹或脆性断裂，因此无需进行强度校核。

23、（5）由于压力容器中的二次应力Q和一次弯曲应力PL一般不单独存在，通常与Pm或PL组合存在。组合应力完全可能大到使材料发生局部屈服，因此采用塑性失效设计准则校核。根据附录中*MEMBRANE PLUS BENDING*可知：PL+Pb=119.5 MPa；对组合应力强度有以下限制条件：S4 PL PbQ 3Sm 461.1MPa；满足强度要求9根据以上应力强度校核可知：在此设计状态下，加氢反应器裙座支撑区的机械应力强度均满足各限制条件，所以此应力强度评定合格。第四章第四章 心得体会心得体会由于是第一接触 ANSYS，对有限元，单元，节点，形函数等基本概念没有清楚的了解，做题特别吃力。通过老师的

24、讲解和同学们的讨论以及自己的摸索对ANSYS 有了初步的了解，要真正的懂得并理解原理必须应该把以前的书都看一下。把材料力学，弹性力学等都进行了系统的复习。在涉及到复杂的非线性问题时，一方面，不同的问题对应着不同的数值计算方法，求解器的选择直接关系到程序的计算代价和问题是否能顺利解决；另一方面，需要对非线性的求解过程有比较清楚的了解，知道程序的求解是如何实现的。只有这样，才能在程序的求解过程中，对计算的情况做出正确的判断。因此，要能对具体的问题选择什么计算方法做出正确判断以及对计算过程进行适当控制，对计算方法里面的知识必须要相当熟悉，将其理解运用到ANSYS 的计算过程中来，彼此相互加强理解。在

25、做偏向于理论的分析时，可能对建模能力要求不是很高，但对于实际的工程问题，有限元模型的建立可以说是一个最重要的问题，而后面的工作变得相对简单。建模能力的提高，需要掌握好的建模思想和技巧，最重要的还是要培养较强看图纸的能力。所以说 ANSYS 不是一们简单的学科，而是和很多专业知识联系在一起的。只有把他们有机的结合在一起，才可以使自己的能力得到真正的提高。对于我们学习过程装备与控制工程的学生来说压力容器和相关零部件的强度校核是非常重要的知识，我们可以利用ANSYS 进行建模，网格划分，施加载荷来进行应力的分析和强度的校核等方面的工作。要学习并掌握软件的使用我们掌握的远远不够，在以后工作中使用也根本

26、不可能。所以我们必须自己去看书并慢慢使用来学习更多的相关知识。这样我们才能够在实际问题中运用它。才能会给我们工作带来更多的方便。让我认识到专业方面的软件的强大功能，也让我更加清楚的认识到学习一门工具的重要性。1010附附录录PRINT LINEARIZED STRESS THROUGH A SECTION DEFINED BY PATH=2-2 DSYS=0 *POST1 LINEARIZED STRESS LISTING*INSIDE NODE=1648 OUTSIDE NODE=14 LOAD STEP 1 SUBSTEP=1 TIME=1.0000 LOAD CASE=0 THE FOL

27、LOWING X,Y,Z STRESSES ARE IN THE GLOBAL COORDINATE SYSTEM.*MEMBRANE*SX SY SZ SXY SYZ SXZ 16.02 113.8 97.22 42.35 0.000 0.000 S1 S2 S3 SINT SEQV 129.6 97.22 0.2335 129.4 116.6 *BENDING*I=INSIDE C=CENTER O=OUTSIDE SX SY SZ SXY SYZ SXZ I 16.21 -2.392 3.483 2.363 0.000 0.000 C 0.000 0.000 0.000 0.000 0.

28、000 0.000 O -16.21 2.392 -3.483 -2.363 0.000 0.000 S1 S2 S3 SINT SEQV I 16.50 3.483 -2.688 19.19 16.97 C 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 O 2.688 -3.483 -16.50 19.19 16.97 *MEMBRANE PLUS BENDING*I=INSIDE C=CENTER O=OUTSIDE SX SY SZ SXY SYZ SXZ I 32.23 111.4 100.7 44.72 0.000 0.000 C 16.02 113.8 97.22 4

29、2.35 0.000 0.000 O-0.1819 116.2 93.74 39.99 0.000 0.000 S1 S2 S3 SINT SEQV I 131.6 100.7 12.10 119.5 107.4 C 129.6 97.22 0.2335 129.4 116.6 O 128.6 93.74 -12.60 141.2 127.4 *PEAK*I=INSIDE C=CENTER O=OUTSIDE SX SY SZ SXY SYZ SXZ I 12.45 30.05 12.89 33.52 0.000 0.000 C -5.385 -0.6456 -1.874 -5.255 0.0

30、00 0.000 O 9.401 -1.150 2.571 8.899 0.000 0.000 S1 S2 S3 SINT SEQV I 55.90 12.89 -13.41 69.30 60.60 C 2.749 -1.874 -8.780 11.53 10.05 O 14.47 2.571 -6.220 20.69 17.99 *TOTAL*I=INSIDE C=CENTER O=OUTSIDE SX SY SZ SXY SYZ SXZ1111 I 44.68 141.5 113.6 78.23 0.000 0.000 C 10.64 113.2 95.35 37.10 0.000 0.000 O 9.219 115.1 96.31 48.89 0.000 0.000 S1 S2 S3 SINT SEQV TEMP I 185.1 113.6 1.085 184.0 160.7 0.000 C 125.2 95.35 -1.375 126.6 114.6 O 134.2 96.31 -9.906 144.1 129.4 0.0001212