摘要：压力容器作为一种特殊的承压设备，其设计及使用与人民的生命与财产安全密切相关，本文采用现代有限元软件对压力容器进行仿真，通过仿真来分析容器哪些部位受较大的应力和应变，从而有效的提高设计与制造的效率，避免事故的发生。
关键词：压力容器；有限元软件；仿真
引言
随着现代工业的发展，压力容器已广泛应用于化工、电力、纺织、医药、机械等行业[1]。在传统的设计中，为了提高设备的安全性，通常将压力容器的壁厚等参数设置的较为保守，使得设计出来的容器笨重，且还浪费材料。随着计算机技术水平的飞速发展，我们在设计过程中可以利用有限元软件对容器进行仿真[2][3]，通过仿真优化设计参数，从而使得设计的容器能够满足安全性能要求，同时也可以节省制造成本[4]。
1.有限元软件ABAQUS的介绍
ABAQUS是一套功能强大的基于有限元方法的工程模拟软件，一般被用来解决相对简单的线性分析到复杂的非线性模拟等问题。ABAQUS不仅能够解决结构分析问题，而且还能够模拟和研究热传导、金属切削、声学、质量扩散等问题。ABAQUS主要有两个分析模块：ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit。一个完整的分析过程通常包括三个步骤：前处理、模拟计算和后处理。
前处理部分主要包括几何建模、网格划分、接触定义、分析步定义、载荷和边界条件设置等。前处理完成之后，对任务进行创建和提交，若发生错误，需要根据提示对建模中的问题进行修改。等待计算完成之后，查看并分析结果。
2.实例分析
使用有限元软件对内径1300mm，壁厚14mm，筒体长度1330mm，使用材料为Q235-B的搪玻璃反应罐进行有限元分析。内筒设计压力为0.4MPa，弹性模量为 200GPa，泊松比为0.3。
2.1 建立仿真模型
首先，我们根据容器的几何参数进行几何建模，并对材料的性质就行定义。根据实际应用的情况对模型进行约束和压力的施加。在此，我们对容器的四分之一进行建模和分析。模型如图1所示：
图1 仿真模型
2.2 仿真结果
（a） （b）
图2 仿真应力图
（c） （d）
图3 仿真应变图
通过仿真应力图2，可以发现，筒体和封头连接处的应力最大，此外，封头的顶端也受到较大的应力。通过仿真应变图3，我们发现，封头顶端所示的应变较大，连接处较筒体所受的应变也较大。
2.3 仿真与实验结果对比
仿真完成后，根据容器的参数我们进行压力实验，实验压力值如公式1所示： Pt=1.25Pc=0.88MPa…………………………………………….（1）
试验压力下圆筒的应力如公式2所示：
MPa……………… …………………….（2）
通过仿真和实验比较发现，仿真得到的最大应力约为50MPa，实验得到的应力为53MPa，数值相差6%。
3.结论
本文通过有限元仿真简单压力容器，可以得出：
3.1仿真得到的应力和实验得到的实际应力基本相符，说明有限元仿真软件可以在压力容器的制造设计及其检验过程中得到运用。
3.2筒体在受压的情况下，筒体和封头连接处受到的应力和应变较大。这就意味着通常情况下，这两个部位是压力容器较易失效的部位，也提醒我们检验及设计人员，要对这两个部位重视。
参考文献：
[1]梁基照.压力容器优化设计[M].北京：机械工业出版社，2010.
[2]刘伯玉，丁传安.薄壁压力容器的有限元建模研究[J].现代制造技术与装备，2009.
[3]吕景贵.有限元方法及其软件的几个应用[D].浙江：浙江大学硕士学位论文，2006.
[4]张幼斌.压力容器强度分析与安全评定[D].兰州理工大学硕士学位论文，2012.
作者简介：管云飞（1987-）男，籍贯：江苏金坛，硕士研究生，主要研究方向：高温合金切削加工。
