【技术讨论】ANSYS如何模拟介质的自重对设备应力的影响

在对设备进行应力分析时，如何模拟介质自重对设备的影响，有时候介质自重对设备计算出来的应力影响非常大。ANSYS中常用的施加介质方法有如下4种：

(1) 将介质的自重加上壳体的自重，然后除以壳体的体积，就可以计算出等效的密度来施加，模拟介质的自重(等效密度法)；

(2) 计算出壳体的自重，根据介质自重，折算等效的重力加速度来模拟介质的自重(等效加速度法)；

(3) 计算出介质自重，建立质量单元，将质量单元耦合到设备内表面，采用RBE命令直接施加介质自重(等效集中力法)；

(4) 编写介质自重产生的随高度变化的压力的函数，然后将变化的压力施加到壳体的内表面，来模拟介质自重(液注静压力法)。

以一台简单的容器为例，该容器采用的是可拆的耳式圈座支撑，圈座上面采用挡块来限制圈座的位移，圈座放在钢结构或者平台上来支撑整个设备的自重，挡块与圈座之间采用的是接触设置。

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图1 结构三维模型

图2 有限元网格划分

图3 局部放大图

图4  施加等效密度或者等效加速度

图5 施加集中力

图6 施加液注静压力

图7 应力分布云图（等效密度法）

图8 应力分布云图 （等效加速度法）

图9 应力分布云图（等效集中力法）

图10 应力分布云图（液注静压力法）

表1 不同方法考虑介质自重对设备应力影响

从上表可以看出，前两种方法的原理基本一致，计算的结构应力值相当，应力值偏小，相对液注静压力法计算结果的偏差为30.1%；等效集中力法与施加液注静压力法计算的结果相当，应力值较前两种方法大一些。所以，在ANSYS中模拟介质自重对设备应力影响时，建议采用等效集中力法与施加液注静压力法。