【结构仿真教程】6分钟学会压力容器裙座支撑区强度分析
一、案例背景
转轮高速旋转会产生离心力，不仅影响转轮自身的结构强度，还关系到整机稳定性。因此设计时会用计算机软件对转轮进行静力学分析，确保其强度达标，同时还要进行模态分析，算出固有频率，避免发生共振。
本案例需要的输入文件和参数信息如下表：
图1 几何模型
二、导入几何
a. 启动AIFEM 2024R1；
b. 在窗口左侧点击+新建方案，自定义文件的保存路径，并填写文件名“压力容器”，点击保存；
图2 新建方案
c.点击几何，导入；找到拷出的模型，打开，导入；
图3 几何导入
d. 这个模型是裙座支撑区的1/4，由于模型对称，仿真中常用这种处理方式以简化计算。
图4 模型展示
三、划分网格
a. 顺着左侧功能树从上到下操作，就能完成整个设置。功能树前有提示图标，红色代表必须要设置，绿色空心代表可选择设置，不设置也能求解，绿色对钩代表已设置完成，且设置正确；
图5 功能树图标设置
b. 划分网格。这个模型各个方向尺寸相差不大，且形状不一致，一般采用四面体网格。点击网格处的加号，选四面体网格；
图6 网格划分
c. 对象选择整个模型。单元阶次设为二阶，提高求解精度。全局网格尺寸设为40mm；
图7 网格划分
d. 对过渡圆角等细微结构进行网格加密。点局部网格细分处的加号，细分线，对象选圆角处曲线，一共四条。局部网格尺寸设为5mm，确定；
图8 局部网格细化
e. 点击生成，几秒钟后，体网格就生成了，能看到网格加密的区域。
图9 网格生成
四、赋予属性
a. 选择材料。这个容器的材料是碳素钢，软件内置的材料库没有，需要手动新增。点击材料后的加号，材料名称输入碳素钢；
图10 新增材料属性
b. 勾选密度并输入值7.8E-9tonne/mm3；勾选线弹性并输入弹性模量1.96E5MPa，泊松比为 0.3，点击确定。碳素钢就添加好了；
图11 新增材料属性
c. 下面属性是指把材料赋予容器。点击加号，固体属性，对象选整个模型，材料已经默认选择我们刚添加的碳素钢，确定。
图12 固体属性
五、分析设定
a. 分析设置。点击加号新增，分析类型选结构分析，子分析步选静力。点继续；
图13 分析设定
b. 保持默认，确定；
图14 分析设定
c. 设置边界条件。裙座底部是固定的，点击边界条件后的加号，位移/旋转；
图15 边界条件设定
d. 对象选择底面，位移处勾选xyz方向，保持默认0，意味在三个方向上没有位移，固定的意思。确定；
图16 边界条件设定
e. 由于这是1/4模型，所以还有个边界条件就是左右两个剖面要设置为对称面；
图17 边界条件设定
f. 点击边界条件后的加号，对称/固定，对象先选择其中一个剖面。观察一下是X-Y平面对称的，法向量是Z轴，所以，方式选对称，类型选Z轴；
图18 边界条件设定
g. 同样的方法，设置另一个面，这个是X轴对称；
图19 边界条件设定
h. 设置载荷，也就是模型承受哪些力。首先，内壁面会受到内部高压气体施加的8.83MPa的工作压力，点击载荷后的加号，点击压力；
图20 载荷设定
i. 对象选择2个内壁面，输入实际工作压力8.83，确定；
图21 载荷设定
j. 裙座上部的断面，会受到整个反应器的重力形成的下压力，这个容器计算后，压力是16.47MPa，断面还会受到由于壁面膨胀形成的向上拉力。计算后，拉力值是69.23MPa。那么上断面的受力就是这两个力的叠加，为52.76MPa的拉力；
图22 计算结果
k. 点击载荷后的加号，点击压力，对象选择端面，输入。
图23 载荷设置
六、运行求解
a. 双击求解，保持默认设置，求解。
图24 运行求解
七、查看结果
a. 求解完成后，软件会自动加载计算结果，默认显示的是位移云图，可以看到罐体的最大变形量是1.183mm；
图25 查看位移云图
b. 切换到我们比较关心的应力，应力最大位置是在这个拐角处，就是我们网格加密的地方，应力最大值为169MPa，没有超过碳素钢约350MPa的屈服应力，不会导致罐体发生永久变形。但是否满足设计要求，安全系数是否足够，还要结合实际工程去判断。
图26 查看位移云图
