Ansys在壓力容器行業的典型應用（上）
壓力容器整體強度、剛度分析
輸入條件
壓力容器有關模型及材料數據，接觸連接關系，筒端固定約束，溫度及設計壓力。
仿真流程
結果與效果
?罐體模型更改前后的變形云圖。變形量由19.8mm降低至5mm。
?通過方案分析對比，改進方案消除了較大的異常變形，方案合理。
球罐強度、變形分析
輸入條件
壓力容器三維模型，接觸連接關系，內壓、風、雪載荷。
仿真流程
結果與效果
?定量分析球罐在自重、內壓、風壓、雪壓及地震波共同作用下的應力分布和變形。
?有效預測結構設計中的薄弱環節，作為安全性等性能的評價指標。
外壓容器穩定性分析
輸入條件
幾何模型、外壓
仿真流程
結果與效果
?全模型與1/2 模型計算所得臨界壓力均為1.24MPa ，這是由于在側向外壓作用下，圓筒僅沿圓周方向失穩，軸向對稱面不會影響失穩時非對稱突變。
?采用特征值法可以有效計算其失穩模態。
壓力密封提高安全性
? 設計中的難點
‐ 井下操作一般是在高溫高壓性進行，如何在高壓情況下（15~20kpsi）提高井的密封性是工程師關注的問題
‐ 在密封時涉及彈性體和金屬密封件的大非線性變形
‐ 磨損后在流體壓力過高的情況下容易產生泄露
? Ansys技術方案
‐ 通過Ansys Mechanical強大的非線性結構求解器來了解密封壓力，從而改進高溫、高壓下密封設計；通過接觸進行流體壓力泄漏研究，能有效防止因漏油引起的大規模環境災害
‐ 通過Ansys CFD預測泄露物的擴散
? 推薦Ansys模塊
‐ Ansys Mechanical Enterprise + Ansys CFD Premium
螺栓
? 設計中的難點
- 螺栓連接的準確評估對于確保承壓和承重組件的可靠運行至關重要
? Ansys技術方案
‐ 基于Ansys結構仿真可以可以進行幾何非線性仿真，進行螺栓預緊工具設計，實現多步分析
‐ 更好地了解由于組裝和服務中加載而產生的連接行為
‐ 失效模式預測和評估
‐ 洞察超出設計條件的行為
? 推薦Ansys模塊
‐ Ansys Mechanical Enterprise
法蘭連接接觸分析
輸入條件
模型幾何參數、螺栓預緊力、內壓
仿真流程
結果與效果
緊固件承載情況，法蘭應力水平等
壓力容器法蘭螺栓螺紋疲勞壽命分析
輸入條件
壓力容器法蘭及連接螺栓在40種壓力工況和40種溫度工況下，考慮螺栓預緊力以及各部件之間的接觸，進行非線性熱-結構耦合應力分析。
仿真流程
結果與效果
?分析結構的溫度分布，進一步分析其熱應力
?熱-結構耦合分析，得出螺栓連接的應力分布云圖
?計算螺栓80個截面的應力分量變幅均值、雨流計數、Miner損傷累積、S-N曲線修正等，基于ASME和RCCM規范，采用截面平均法時取4倍疲勞衰減系數，則60年內螺栓疲勞耗用系數最大為0.753
閥門
? 設計中的難點
‐ 在油氣生產過程中會遇到各種各樣復雜的閥門，閥門內部涉及復雜的多相流仿真，并且物性隨著溫度或者壓力變化而變化，從而增加了閥門內流動研究的復雜性
‐ 由于經過閥門壓力變動很大，涉及流體的可壓縮變化，甚至產生空化，從而影響閥門性能和使用壽命
? Ansys技術方案
‐ 通過Ansys Mechanical能夠對閥門的強度和結構應力進行分析
‐ 通過Ansys CFD內豐富的多相流模型，能夠研究閥門內部復雜的流動，例如空化、沖蝕等，輔助模擬極端條件，從而減少設備故障，減少維護成本和更換成本
? 推薦Ansys模塊
‐ Ansys Mechanical Enterprise + Ansys CFD Premium + HPC pack
高壓閥門的優化分析
輸入條件
閥門三維幾何模型，材料參數，約束及內壓16MPa，輸入輸出參數。
仿真流程
結果與效果
?對比結構優化前后閥門最大應力集中位置，使得閥門最大應力降低達21.2％
?通過優化分析可以方便地實現設計方案修改、多方案對比和優化設計，使壓力容器設計在滿足強度和有限元壽命的前提下進行輕量化設計
斷裂損傷閥桿的受力狀態分析
輸入條件
為了簡化模擬，根據材料力學知識，提前把復雜的受力狀況的動載荷，簡化成靜載荷。
仿真流程圖
仿真輸出
把簡化好的靜載荷施加到閥桿上，通過Ansys Structural模塊計算出在指定載荷下閥桿的應力分布情況，進而可以分析出危險截面的應力分布，以及應力集中情況。
管路沖蝕
? 設計中的難點
‐ 油氣井出沙是很常見的，砂礫能引起管道沖蝕、堵塞等問題。了解管路的沖蝕狀況對油氣生產和運維至關重要。
‐ 沖蝕會導致設備的磨損，從而導致計算域發生變化，從而導致流動的變化。
‐ 沖蝕后設備是否滿足設計需要，運維檢修周期是多久。
? Ansys技術方案
‐ 通過Ansys Fluent內包含行業內標準的沖蝕模型，并且考慮的不同顆粒濃度（稀相，密相）的影響，能夠與動網格耦合(ANSYS獨有)，考慮顆粒造成管路的磨損變形。
‐ 采用Ansys Mechanical能夠對沖蝕后的設備強度以及可靠性進行評估。
? 推薦Ansys模塊
‐ Ansys CFD Premium + Ansys Mechanical Enterprise + HPC pack
水力壓裂
? 設計中的難點
‐ 在水力壓裂過程中會涉及壓裂支撐劑的運輸問題，研究不同粒徑的支撐劑的運輸狀態，考慮顆粒的沉降行為，是工程師普遍關注的問題
‐ 由于沖蝕/腐蝕造成幾何結構變形
? Ansys技術方案
‐ Ansys Fluent中豐富的多相流模型，能夠充分考慮顆粒-流體的相互作用，顆粒-顆粒的相互作用，模擬流型由稀相到密相轉換
‐ Ansys Fluent可以將沖蝕模型與動網格模型進行耦合，考慮由于沖蝕、腐蝕造成結構的變形
‐ Ansys Rocky能夠考慮顆粒的形狀和尺寸，基于Ansys Workbench平臺能夠非常容易的實現與Ansys Fluent耦合
? 推薦Ansys模塊
‐ Ansys CFD Premium + Ansys Rocky + HPC pack
跨接管道
? 設計中的難點
‐ 跨接管道在石油運輸中至關重要
‐ 帶有脈動形式的多相流
‐ 海底中流致振動 (FIV) 和渦流誘導的振動(VIV)
‐ 由于疲勞和共振造成的故障
? Ansys技術方案
‐ CFD求解器中豐富的多相流模型
‐ 模態和結構求解器
‐ 強大的流固耦合功能
‐ 能夠幫助預測 FIV, VIV, 分析疲勞和工資造成的故障
? 推薦Ansys模塊
‐ Ansys CFD Premium + Ansys Mechanical Enterprise + HPC pack
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