基于ANSYS的压力容器可靠性研究

基于ANSYS的压力容器可靠性研究

吴浩

浙江省特种设备科学研究院   浙江杭州   310020

摘要：随着科技的不断发展，ANSYS应用比较广泛，这是一种大型的通用软件，可以在众多领域当中应用，而且实际使用效果较好。使用大型的通用有限元分析软件，也就是使用ANSYS软件分析压力容器可靠性，具有非常的应用效果，为提高压力容器可靠性，具有重要的意义和作用。

关键词：ANSYS；压力容器；可靠性；研究

随着经济的快速发展，人们对于产品质量的要求越来越高了，其中产品的可靠性，是衡量产品品质的重要标准，也是重要的产品指标。随着机械结构的快速发展，进行可靠性研究，是衡量机械结构的重要标准，也决定了机械结构和性能。在进行机械结构设计过程中，应当充分地考虑可靠性，严格地按照相关标准进行设计，这样才能提高产品性能，所设计出来的产品，更加符合参数要求。随着ANSYS软件的应用，促进了压力容器的可靠性分析发展，而且提高了压力容器的安全性，全面地提高了压力容器质量，因此在众多领域当中被广泛地应用，为相关行业发展起到了积极的推动作用。

1可靠性理论分析

通常情况下进行可靠性研究，主要的对象有电子和电气可靠性，以及机械和零件的可靠性，还有系统和软件、硬件的可靠性等。但是从广义上来讲，可靠性指的是某一对象的有效性和维修性，可靠性在很大程度上和产品设计有关，目前可靠性已经在众多领域当中应用了。ANSYS是大型的通用有限元分析软件，可以和计算机和信息技术相融合，从而实现数据交换和共享，所以可以在多个领域中应用。ANSYS是国际上最流行分析软件，被广泛地应用到可靠性分析中。

2使用 ANSYS进行压力容器可靠性设计特点

2.1可以更加真实地反映出压力容易状态

在实际使用过程中，基于ANSYS进行压力容器可靠性设计，不仅提高了安全系数，而且在取值时也有一定优势，这些和可靠性设计当中的应力、强度、均值都有一定关系，同时还和曲线，以及离散程度有关。一般情况下机械性产品，只对可靠性设计当中的应力值、强度数值、曲线分布特点进行分析。所以可靠性对压力容器具有重要影响，在进行设计过程中，应当充分考虑安全系数，并且通过ANSYS有限元软件直观地展示，才能更加真实地反映出压力容器状态。

2.2充分地考虑了时间问题

进行的压力容器可靠性设计时，应当考虑强度问题。因为强度会随着时间的增长，而出现减弱，从而导致在进行可靠性表达时，受到了时间的限制。因此运用可靠性来预测压力容器的使用寿命，就要充分地考虑时间问题，同时也要考虑失效概率。

2.3考虑了周围环境的影响

在进行可靠性设计过程中，不能忽略周围因素的影响，尤其是周围环境的影响，比如环境介质、温度变化、冲击振动等相关因素，都会影响压力容器的可靠性设计。

2.4注重了应力值和强度的变量情况

一般情况下进行可靠性设计时，应当考虑强度值和应力值之间的变量关系，并且要将这两种情况绘制到同一坐标当中进行分析，可以呈现以下三种情况。第一，是两种变量值的概率密度和函数曲线不重叠，强度值都大于应力值。第二，是强度值处于坐标轴的中左位置，强度值和应力值曲线有一部重叠，所以一部分强度值小于应力值。第三，是强度值在坐标轴中并且向左移，所以强度值和应力值坐标曲线不重叠，导致应力分布大于强度值。

3模型建立分析

3.1模型分析

使用ANSYS时应当建立相关模型，ANSYS作为大型的通用有限元分析软件，应当和现代网络技术，还有计算机技术向融合，才能更好地应用。使用ANSYS对压力容器可靠性分析时，可以构建一个适合的网络模型，这样才能更好地进行分析。一般情况下，可以设定压力容器的参数和接管尺寸是508mm×10mm，其中的容器尺寸为2200mm×18mm，而补强圈尺寸 可以设定成为1000mm×18mm，弹性模量设置成为2.1×105MPa，受均布内压设定为1.0MPa，容器的半径服是呈现正态方式分布方式，参数是5.5mm，其应力值服设置成为1.83mm，容器壁厚度也是正态分布，参数是18mm，其应力值服从设置成 0.36mm，接管半径的服从是正态分布254mm，而应力值服从设置为0.42mm，接管壁厚服从设置成正态分布10mm，应力值服从设置为0.2mm，扬氏弹性模量的服从设置成正态分布young，应力值服从是young×0.02，均布内压服从事呈现正态分布方式，用pressure进行表现，其应力值服从设置成为 pressure×0.05。在实际应用过程中可以根据模型对称结构，建立四分之一有限元的实体模型，运用这样的压力容器，在模型断面处进行对称边界约束，还可以模拟连续对称性结构。将压力载荷施加到容器内表面，不仅能够实现网络化划分，还以更好地进行可靠性研究。通过分析压力压容器的正态分布情况，可以充分地了解模型可靠性公式，并求解可靠性系数，从而建立压力容器的强度值和应力值函数，通过相关运算可以了解随机变量，同时进行全面分析和求证。用数字特征和随机变量进行集中展示，最终得出可靠性系数。

3.2加载和求解分析

当完成模型构建以后，要基于ANSYS对模型进行加载和求解。首先，运用带接管和压力容器的最大变形量，可以得出具体参数是1.432mm，同时运用最大强度值，可以确定可靠度在95% 左右。其次，运用带接管的压力容器，使用最大的应力值，将其输入到变量敏感性分析当中，就可以知道实际的应力情况。最后，如果是使用带接管压力容器进行强度值和应力值分析，运用的都是常规实数，这时就需要对强度值和应力值的常规实数求解。使用ANSYS 当中的结构静力学进行可靠性分析，如果计算内容在固定不变的情况下，应当计算载荷作用和结构效应，这时带接管的最大变形量是1.644mm。通过以上步骤以后，就可以得出带接管真实的强度值和应力值，然后再通过相关理论分析，得出强度值始终大于应力值，这时就可以知道压力容器具有很好的稳定性，可以安全地应用的实际生产中，具有很高的实际应用价值。

结束语：

运用ANSYS有限元分析软件进行压力容器可靠性研究，不仅可以更好地实际应用，也提高了压力容易的安全性，在进行相关问题研究时，应当进行科学、有效地分析，可以使用弹性力学、概率论等建立可靠性分析理论，这对于压力容器的可靠性分析具有积极的作用。而且还可以更加准确、客观、科学地分析压力容器的可靠性设计，这很大程度地提高了压力容器设计水平，同时也为相关技术发展，发挥了重要的作用。

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