应 用 摘 要

　　压力容器主要应用于石油、化工、能源行业。随着国家投资力度加大，压力容器装置规模也在逐步加大。对于这类大型化工设备，常规的设计往往是不精确的，不能准确地计算出结构的真实的应力状态。在这种情况下，采用常规设计的结果是有着安全隐患的。尤其是对于压力容器中壳体大开孔，目前只有通过有限元来进行分析才能准确地计算出接管与壳体连接处的应力状态，给设计者提供依据。压力容器的有限元分析门槛较高，压力容器设计部门必须有相应的仿真分析部分相配合才成完成整个设计过程。设计部门生成的模型可能无法用于有限元仿真分析，而分析部分得到的结果也可能不是设计部门所关注的内容。设计部分与仿真分析部门需要反复交互，整个设计过程的效率非常低。

　　应 用 领 域

　　制造

　　方 案 内 容

　　方案背景

　　压力容器行业涉及的标准非常多，不仅有国标还有各个部门的规范标准，同时国外也有很多应用广泛的标准。对于目前国内从事压力容器分析设计的人员要掌握这么多标准规范是很困难的事情。而目前国内的设计人员通常使用通用的有限元软件对压力容器进行分析，欠规范性和系统性，这对压力容器的设计来说是不够的。

　　由于压力容器失效的事故会产生人 员伤亡、大量财产损失等严重后果，压力容器的仿真分析必须遵照行业及企业内部的标准进行，因此分析流程相对固定。如何封装集成这些标准和企业的分析经验，实现智力资产的重用已经成为压力容器行业所关注的一个焦点。针对上述情况，安世亚太公司决定利用其产品和人员的技术优势，开发集成一套压力容器快速设计分析系统以提高压力容器行业的设计效率与水平，解决其设计分析的技术瓶颈。

　　方案目标

　　? 针对压力容器的设计特点，建立典型零(部)件、联接件、以及联接关系等模型库，为快速设计分析打下基础;

　　? 封装集成压力容器仿真分析流程和压力容器行业设计规范，建立压力容器快速设计、分析与评价系统。

　　方案内容

　　“压力容器快速设计分析系统”必须以行业设计分析经验和行业设计规范为基础，利用先进的仿真分析系统和IT技术，在统一的平台下实现压力容器的设计、仿真分析、评估及优化全过程。

　　“压力容器快速设计分析系统”需实现以下行业化设计仿真需求：

　　? 建立压力容器典型部件模型库与材料库

　　压力容器主要由壳体、封头、接管与法兰等构成。利用全参数的CAD建模技术，建立丰富的典型零(部)件和标准件的模型库，集成不同标准要求的材料数据库以进行快速设计分析。

　　? 集成压力容器分析流程

　　将压力容器的分析流程，包括材料选择、网格划分、压力(和接管等效力)施加、边界条件设置、结果提取、报告生成等分析流程进行集成，实现“一键式”的快速分析与评估。

　　? 集成压力容器设计行业规范

　　压力容器仿真分析的主要校核内容是研究接管与壳体连接处应力分布和强度要求，“压力容器快速设计分析系统”须集成的GB150，JB4732，ASME，JIS行业标准与规范。

　　方案评价

　　“压力容器快速设计分析系统”在统一的平台中封装集成了压力容器的设计、分析以及评估的全过程，并融合了行业的设计标准、企业的分析经验和规范等知识。系统降低了有限元分析的门槛，使得设计人员也可以独立完成仿真分析，极大地提高了压力容器的设计效率。行业标准、经验知识以及模型库的封装实现了企业智力资产的重用，在提高效率的同时保证了分析质量。

　　本项目采用PERA/CAxMan开发的技术方案其关键优势为：

　　1. 充分利用PERA/CAxMan的全参数建模能力，使CAD/CAE能集成于统一的平台中，可方便快速形成参数化模型库而无需开发额外的数据接口;

　　2. PERA平台面向对象的技术可方便进行分析流程的集成，无须象其它仿真分析软件一样通过预先写好的仿真脚本文件进行分析，大大降低了令集成开发的难度;

　　3. 充分利用PERA的第三方集成能力，可方便地将Microsoft Word、Acrobat Reader、HTML解释器等集成于系统中，生成需要的多种形式报告文档。

　　技 术 路 线

　　基于PERA/CAxMan的“压力容器快速设计分析系统”，实现了在统一的平台下进行满足行业设计规范的压力容器快速设计、分析和评估。该项目包括：

　　压力容器典型部件模型库 – 该模型库包括圆筒、锥壳、球壳等筒体;球封、椭封、碟封、平盖等封头形式;含有倒角、过渡等设计细节的直接管、斜接管等接管类型;法兰、管板等部件。利用该模型库，通过参数设置界面进行设计参数设计，就可快速形成新的设计方案，并可根据客户需求，进行模型库的扩充。

　　? 压力容器一体化设计分析系统 - 设计与分析在统一平台下进行，无需进行CAD与CAE的切换。“压力容器快速设计分析系统”根据集成的仿真分析模板(设计分析流程)实现从标准材料库中获取材料属性、网格划分与调整、受压面压力载荷施加、等效力与外载荷施加、对称边界其它边界条件设定、求解、结果提取、应力线性化、应力校核等自动操作过程，并最终形成评估报告。

　　? 仿真分析模板 – 仿真分析模板是根据分析的过程、经验知识、行业标准规范等知识定制的用于一体化设计分析的集成过程。“压力容器快速设计分析系统”封装了压力容器的整个分析过程，并集成了GB150设计规范以及标准材料库，并逐步实现JB4732，ASME，JIS等行业标准与规范及相应材料库的集成。

　　? 压力容器仿真分析结果评估系统 - 根据压力容器行业标准，“压力容器快速设计分析系统”可自动生成分析与评估报告。报告的内容包括：项目信息(名称、时间、作者、版本等)、摘要、简介、工况信息、载荷列表、材料属性设置、模型及网格信息、分析结果以及结果的评估。报告可包含文本、图片、表格、曲线等内容，并可设置成Word、超文本HTML、PDF等格式。用户可选择系统所带的报告格式模板，亦可根据企业内部的要求定制和集成报告模板。