实用技巧之二|Ansys wb中模拟介质自重的三种方法

在Ansys分析设计人公 众号成立之初，介绍过关于设备自重的模拟方法，笔者觉得会对很对人有帮助，因此再次提出并基于Ansys wb作一简单介绍：

 

等效密度法

将介质的自重加上壳体的重量，然后除以壳体的体积，就可以计算出等效的密度，并在材料属性模块“Engineering Data”中将默认的材料密度修改为计算所得的等效密度，即可实现对介质自重的模拟。（切记要在载荷施加部分施加上重力加速度g）

例如：一台设备本体重量为7850kg，介质自重为3925kg，设备本体材料密度为7850kg/m³，那么设备本体的体积=7850kg/(7850kg/m³)=1m³，则介质的等效密度=3925kg/1m³=3925 kg/m³，设备本体与介质自重总的等效密度=7850+3925=11775kg/m³，因而只需在“Engineering Data”将密度由默认的7850kg/m³修改为11775 kg/m³即可。如下图所示：

 

等效加速度法

计算出壳体的自重，根据介质自重，由标准重力加速度折算出介质的等效加速度，并将介质的等效加速度+标准重力加速度的总和作为最终加速度施加在设备本体上。（切记采用Acceleration 施加重力加速度时，加速度方向与重力方向是相反的）

例如：同样设备本体重量为7850kg，标准重力加速度为9800mm/s²=9.8N/kg，那么设备本体的体积=7850kg/(7850kg/m³)=1m³,若介质自重为3925kg，则需满足(7850kg+3925kg)*9.8N/kg=7850kg/m³*1m³*g，则设备本体与介质总的等效加速度g=14.7N/kg=14700 mm/s²，因而只需在“Static Structural”模块施加加速度“Acceleration”并将密度由默认的9800mm/s²修改为14700 mm/s²即可。如下图所示：

 

质量点模拟法

计算出介质自重，并建立一个质量点“Point Mass”，以此质量点模拟介质的存在，将质量点的“Mass”定义为所需重量，并将其介质本体内表面进行耦合（若将此质量点与设备本体所有内表面进行耦合，则意味着质量点上的质量均匀的耦合在设备本体上；若将质量点耦合面定义为与设备的部分内表面进行耦合，则意味着质量只等效均布在耦合的面上，未耦合的面上则未分布介质质量）。因而此方法是最灵活的方法，最能实现与实际情况相符的介质自重的施加。

例如：介质自重同样为500kg，只需在“Geometry”中定义一个“Point Mass”，然后将质量定义为500kg，并将其与设备所有内表面进行耦合即可。如下图所示：

压力容器分析设计虽经过几十年的发展，但是在工程实际中应用还是偏少，仍属于小众技术，假如国内有10万压力容器从业者，但真正掌握分析设计技术的可能只有百分之一的人，也就是1000人左右，未来分析设计是否会成为主流技术，笔者以为很难，原因如下：

1.压力容器行业是传统行业，且存在很大的风险性，设计人需承担终生责任，我相信没有人愿意放下安全性而去从成本角度去考虑成本的节约性，而且笔者见过很多从事这个行业的人，随着年龄的增大却越偏保守，所以质量和成本喊了那么多年也仅仅是一句口号，已然很难兼顾，更多的是坚持安全第一的原则；

2.就国内常规设计的水平来说，笔者认为常规设计还有很大的发展和提升空间，能将常规设计的理论和经验结合的完美，提升压力容器的常规设计水平还有很长的路要走；

3.虽然分析设计的理念比常规设计先进很多，能充分发挥材料的承载性能，真正从成本方面来考虑压力容器的设计，但就目前分析设计发展的状态来看，分析设计仍主要是用于局部危险件的校核，而并非整台设备都是基于分析设计的。就目前国内设计水平来看，常规设计尚且有很大的提升空间，更无需论分析设计了，至少在短期内不会成为压力容器设计的主流技术。