八年了，别提它了，刘天师自学压力容器仿真的心路历程

导读：说起压力容器设计，大家一般想到GB150或者ASME第八卷规范的各种算法。以性能来说，其很多都是围绕强度相关的性能，如何实现和保证展开的。这已经有无数人为之努力过，而且积累了无数可贵财富。

一、写在前面

虽然各规范拥有专门的法兰及密封性设计章节，但相对来说，网上对法兰密封性的视频教程，还是少的可怜。尤其是采用ANSYS Workbench平台，进行密封计算的实现，以及围绕法兰建模、六面体网格划分、网格质量优化、密封性计算与评判、规范中对密封性的算法解析、不同接管荷载的加载与对密封性能的影响、不同螺栓连接对预紧力效应的加载，以及采用真实法兰，进行规定扭矩下的密封面接触压力试验，都是很有意思的东西。

二、刘天师和压力容器的故事

所谓创新，并不是都从头造轮子，有时候把很多成熟技术和方法，交叉组合以满足现有要求，也是极好的鸭。

具体介绍《压力容器法兰密封性专题10讲-掌握GB150规范、密封性仿真分析和接触压力试验的操作与方法》这套视频之前，我先分享一些笔者自学压力容器仿真那些心路历程！

做仿真也要经历无数次的失败和调试过程，比如下图笔者2015年做的一个非线性屈曲分析，就断续的前后耗费了大约一个月的时间，才一切OK。

做仿真就经常遇到下面的情况，在无数的工况计算间等待与纠结。笔者是工作以后纯自学的仿真技术，期间遇到的困难与无助谁人能懂。在公司就是一边画着图写着技术标，一边玩着电脑看着书，开始算案例。

下图是笔者家中2017年采购的，水冷双路24核心48线程工作站。采用Dell品牌机的准系统，搭配2颗es版本的志强2696V2处理器和76g内存以及500G固态硬盘，使用Quadro K400显卡。

为了安静，选了一套养鱼用的静音水泵和在某宝上根据风扇叶片形状，选择尽量安静的几个风扇，搭配本田思域汽车的发动机散热器，因为只有18mm厚度，有利于减少风扇噪音，自己设计组装的水冷系统。其稳定运行了两年，中间换水3次从没泄露过。

2019年秋天，换成一颗志强2872处理器，26核心52线程以及160G内存和240+500+1000固态硬盘与Quadro K6000显卡，搭配猫头鹰风冷散热器的新电脑。

笔者从2008年专科毕业，到2017年4月，就职于哈尔滨空调股份有限公司，从事机械设计岗位。因为对在公司的个人发展前景和钱景感到焦绿，后来离开了工作8年的地方。

2017年4月辞去老国企的工作，跳槽到国内销量百万台的自主汽车企业，从事新能源汽车驱动电机和控制器的强度性能开发工作至今。建筑专业毕业做机械设计，又去做强度性能，说实话跨度也很大的。下图为当时辞职场景的一种演绎。注意本图为网络下载，并非笔者真实场景。

下图是哈空调南湖路厂区的一些待发运的石油化工用空冷器与百叶窗产品。这一车三台空冷器，大概是哈空调石化产线1天的产能。在哈空调的产品线中，电站和石油化工用空冷器，占总体业绩的90%以上，其他为设备安装与核电站用空调等。

由于需要针对石油化工行业的各种介质做冷却，会使用多种听过没听过，见过没见过的合金材料。为了驯服在空冷器内部，各种高温高压和高腐蚀性与高危险性的介质，一方面采用高级材料和鱼鳞纹焊缝搭配各种无损探伤，另一方面就要用合适的法兰与垫片，进行密封。

说完石化产品，再介绍一下电站空冷器产品。下图为哈空调南湖路厂区，笔者跟同事一起养的小野猫。后来其生了四五只小猫，我们就在办公室门口，用纸壳包装箱给她做了个窝。因为每天给送吃的，时间长了我们去摸摸抱抱她家孩子就没事，有生人接近，会十分警惕的保护孩子。照片背景是电站用单排管空冷器存货。

虽然主要是机械制图和成本合算，少量参与强度仿真工作，但是总有一个发自内心的疑问追寻着笔者的。我们很多产品直接采用标准结构和螺栓，并没有单独校核密封性，甚至根本没有人计算过密封面的接触压力，尤其是在有接管荷载作用下，对密封性的影响如何，没有人能提供答案。

下图是哈空调王岗厂区西南角的两套电站空冷器单元。较远的一个比较老，用的是双排椭圆形换热管，代表世界80—90年代技术水准；前面是单排管电站空冷的钢结构支架部分，过几天才安装了上图中的单排管。本厂区距离高铁站和飞机场很接近。如果有朋友路过机场高速0公里附近，或者坐高铁马上进入哈西客站，应该可以在路南20米外看见这个三角形的大家伙。下图同事穿的工作服，灰色基调黄色领子，寓意是公司发展辉煌。

下图是安装更完整一点的空冷器。

以上是一台10,米直径风机对应的直接空冷器，如果是大型电站，一般会几十台风机，如下图，其尺寸和规模极其壮观，当然价格也很美丽，一两个亿吧。

上图的平台吊装完成空冷器材以后，就是下图的样子。人走在四五十米高的平台上，恐高症莫入。

下图为笔者用2个星期时间，建模和渲染的一套中型电站空冷器。

至于空调产品，基本没啥好说的，一般来说个头都很大。别人的空调用公斤算，我们按照吨计算。一般的尺寸能有个中巴车那么大，最大的一套300吨，三唯8米左右；最小的大概有双开门电冰箱那么大把。

下图是几年前笔者在北京，给压力容器的同行，讲强度仿真计算精度验证专题的现场照片。

下图为笔者几年前在内蒙古包头市，进行的一次仿真技术培训现场，台下都是大学教师。

有疑问有思考和机会，也许很多朋友也有过类似的想法。随着对仿真技术的精进，一个想法浮出了水面。

要不也斗胆做套视频，讲一下密封性专题？

尤其是有试验验证的过程，将更加好玩和有参考意义。就先去某宝上买了几个DN50平焊法兰，外加几个不同材质的垫片、去楼下的五金店，买了几个螺栓螺母、在某宝上筛选对比了一个合适的扭矩扳手以及最关键的，实现密封验证的压敏纸等。正所谓东市买骏马，西市买鞍鞯。

外加结构仿真部分以真实法兰尺寸建模，加个螺栓预紧力和摩擦接触，做点有试验有规范有仿真有讲解的四有青年如何？这想法，哈哈哈！

几天后大概四百块钱的东西到位。既然要做试验，就要露脸现场讲解操作了，就打开Gopro摄像机和几百瓦的摄影灯，开始筹备视频部分。

其实本套视频密封接触压力的部分，难度和深度都不太深，更多的是给大家一个思路和方法的展示（欢迎订阅用户进VIP群，提供学习答疑服务）。比如很多人喜欢六面体网格，那么就介绍点如何剖分模型更方便画出六面体砖形网格，又比如很多人没了解过各种加载螺栓预紧力的算法，就介绍几个并且对比计算结果的差异、比如很多做仿真的没做过密封性接触压力试验，做产品设计的没做过仿真，那么就自己弄点试验来探索性学习。

一方面更直观的了解，接触压力分布到底是什么样子，以及不同材质的垫片和不同扭矩下，接触压力的变化规律，另一方面也是对仿真结果的一种校准和验证。

下图为2010年前后，笔者在哈空调南湖路厂区工作时，办公位的场景。当时正给国内第一套基于欧洲ERP架构的核电站中，事故发电机冷却器，做技术标的翻译工作。

下图为2016年前后，笔者在哈空调总部办公位的场景。右侧电脑运行的是笔者做的，用于出口巴基斯坦某核电设备的空调机组的抗震分析。

以上两图的电脑都是笔者私人的，放在公司做公事。这在老国企有点大逆不道的存在。但是自从学了仿真，心中再无好电脑。永远都是只有两种，一个慢的和慢的要死的。

本视频《压力容器法兰密封性专题10讲-掌握GB150规范、密封性仿真分析和接触压力试验的操作与方法》里面并没有十分精细的，对仿真和试验的接触压力，做太多的校对性工作。但是通过这种仿真与实验同步进行的方式，也算开了一扇窗。以下是课程安排

螺栓预紧力连接部分，倒是做了几个对比计算，通过对比才看出规律和趋势。

笔者有几次在网上跟网友聊天，经常会遇到下面的场景；比如某朋友问，我的网格长宽比是xx以及单元质量是xx，好还是不好？

笔者的思路一般不是直接回答或者解析对方想要的答案，而是反过来去思考，评价网格质量的指标和方法有很多，你选了这一个必然要回答的就是，为啥不选另外几个？也许这就是笔者独特的独立思考意识在作祟。对于大部分人来说，更希望得到：对选B，听我没错这种答案。那么看见笔者惊奇的脑回路，也许容易感觉这人在装C。

那么问题来了，如果每次只追求单独的答案，特定的问题点，将变得极其盲目，以至于被无数的细节蒙蔽双眼，从而缺乏战略视角和独立思考能力，以至于容易被局部的思路所带偏自己，却懵懂不知希望的方向。笔者常说，论选择比努力更有价值。

所以在《压力容器法兰密封性专题10讲-掌握GB150规范、密封性仿真分析和接触压力试验的操作与方法》视频中，笔者采用6种不同方法的螺栓预紧力设置，对比接触压力与模态结果的差异，从而查看不同设置下的密封性规律以及螺栓部分刚度的差异，希望能给大家一个探索相对来说，更加完整的全局思想，了解螺栓预紧和密封性规律的意识。

从而更有利于给大家提供一个，选方案2和3，因为1、4、5、6计算量大精度虽然好但是操作太麻烦，这种答案的机会；而不是选3，因为不知道别的好不好，也不会别的。

其实很多时候做技术，都不是唯一答案和所谓的正确答案，而是有2、3种甚至更多备选可能性。这需要权衡利弊，才找到适合自己的。也许本套视频，会更多的给大家这样的启示，而不是单纯的做了一个计算，做了一个实验，得到一个所谓的结论和经验，可能这样方式去分享知识，而不是单纯的教你，如何点鼠标做例子，会对大家有更多的帮助吧。

另外一个视角是，本视频介绍了一些几何建模与六面体网格划分的思路与方法。其也是没有唯一答案正确答案的。那么通过笔者提供一些思路和方法，给用户根据自身情况判断选择，更好方案的一种方式。

因为网格不是一个顺序工作流程，而是根据计算量、计算精度、建模复杂度、计算结果规律等综合判断的事情，尤其是需要根据计算结果，反过来调整和优化网格尺寸以及分布规律。对模态类的结果，保持尺寸的一致性；对应力类结果，保持网格密度分布和应力结果等值线分布尽量贴合，而不是为了好看，所有时候用均匀一致的网格。

正所谓，好看的网格不一定是好网格，不好看的从概率上来说，也许会更合适。至此对本套视频的介绍以及部分心路历程，就先分享到这了把，有任何欢迎在仿真秀平台下交流学习互相进步；如有不喜欢的其中的某些部分，也轻拍。订阅用户可以加入我的Vip 用户群，提供资料下载和学习答疑服务。

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三、写在最后

下图为2017年到2019年，笔者给现就职的企业，输出的各种仿真有关的文件。如仿真技术手册、分析报告、实验报告、专利、企业规范、内部培训教程等，都双面打印了出来。平均每个工作日输出3页文件。之后为了省纸，就很少打印了。

看着一千多页的文件、无数次的仿真与实验对标、不停的思考再通过仿真技术，把产品性能逐步优化到比肩了世界同行，并落地付诸实践。终将在2020年，几款主持开发的电驱动产品，迎来量产的消息，以及未来更多产品的量产。

也许就是曾经不为短期利益屈服，在国企相对宽松的工作环境中找了点事情，而努力自学仿真技术的8年后，得到的一种收获与回报吧。

作者：刘笑天，仿真秀专栏作者，11年工作经验，前8年为压力容器行业的设计与分析经验，建筑环境与设备工程专业，本科学历，仿真秀科普作者。第一作者著有2部ANSYS Workbench结构仿真类书籍。第一作者申请4项发明及2项实用新型专利。

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