由于壓力容器在各行各業(yè)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，作用越來(lái)越突出，為了滿(mǎn)足壓力容器的制造和使用要求，對(duì)設(shè)計(jì)的要求也越來(lái)越高。作為壓力容器的設(shè)計(jì)，不但要掌握相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度、剛度等方面的計(jì)算，而且需要對(duì)壓力容器的受力、結(jié)構(gòu)尺寸、材料等進(jìn)行優(yōu)化處理，以滿(mǎn)足壓力容器設(shè)計(jì)的合理性和經(jīng)濟(jì)性。

 

而壓力容器的強(qiáng)度計(jì)算是一項(xiàng)極為繁瑣的工作，需要在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上對(duì)壓力容器的應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算、判斷并規(guī)范，最終形成壓力容器的存檔資料。這往往會(huì)占用大量的人力、物力及時(shí)間。因此.開(kāi)發(fā)并應(yīng)用一些設(shè)計(jì)軟件，對(duì)提高壓力容器設(shè)計(jì)工作效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，研制性能更優(yōu)越的壓力容器是一件非常有意義的工作。

 

幾十年來(lái)，國(guó)內(nèi)外許多公司和機(jī)構(gòu)(國(guó)內(nèi)：全國(guó)化工設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)中心站、甘肅藍(lán)科石化高新裝備股份有限公司、大連理工大學(xué)、北京大學(xué)等。國(guó)外：德國(guó)的ASKA、英國(guó)的PAFEC、法國(guó)的SYSTUS、美國(guó)的ABAQUS、ADINA、ANSYS、BERSAFE、BOSOR、COS MOS、ELAS、MARC、CODEWARE、Bentley和STARDYNE 等公司)進(jìn)行了壓力容器軟件的開(kāi)發(fā)。

 

經(jīng)學(xué)者專(zhuān)家們的努力，目前已開(kāi)發(fā)出許多優(yōu)秀的設(shè)計(jì)軟件，如SW6 - 2011 過(guò)程設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算軟件包、LANSYS壓力容器強(qiáng)度設(shè)計(jì)軟件、TANK 儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)軟件、CAESARII管道應(yīng)力分析軟件， Pvelite &.Code Calc、COMPRESS、AutoPipe Vessel(MicoroProtol)、VVD壓力容器整體及零部件分析設(shè)計(jì)軟件、MT-EXC H 管殼式換熱器分析設(shè)計(jì)軟件、NozzlePro 管嘴有限元分析軟件、FE/ PIPE 有限元方法壓力容器及管道應(yīng)力分析軟件以及FEPG、JlGFFX、HAJIF、ANSYS、ABAQUS、ADINA、DYNA3D、NASTRAN、ASKA、ALGOR、BEASY、AFEMS、PAFEC、SYSTUS 等有限元分析設(shè)計(jì)軟件。

 

下面就國(guó)內(nèi)常用的幾種軟件進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。

 

SW6-2011 強(qiáng)度計(jì)算軟件包

 

 

SW6-2011 是全國(guó)化工設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)中心站開(kāi)發(fā)的化工設(shè)備設(shè)計(jì)軟件，該軟件是基于Windows、WORD中文版的壓力容器設(shè)計(jì)工具軟件。同LANSYS 相比， SW6-2011 提供了用戶(hù)自定義數(shù)據(jù)庫(kù)和自動(dòng)形成規(guī)范化格式、加入封面、頁(yè)碼及圖形等的中英文計(jì)算書(shū)的功能。

 

它不僅可以進(jìn)行設(shè)備整體的計(jì)算，也可以進(jìn)行單個(gè)零部件的計(jì)算，另外，它還能計(jì)算一些GB/T 150、GB/T 151 未列入的壓力元件。它主要包含了GB/T 150.1 ~ 150.4《壓力容器》、GB/T 151-2014 《熱交換器》、NB/T 47041-2014 《塔式容器》、NB/T 47042-2014 《臥式容器》、GB/T 12337-2014《鋼制球形儲(chǔ)罐》等，主要對(duì)如下幾方面進(jìn)行計(jì)算。

 

①受壓元件：如筒體、封頭、法蘭和開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)等。

②臥式容器：包括筒體、封頭、設(shè)備法蘭、開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)及鞍座等。

③立式容器：包括筒體、封頭、夾套、開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)、設(shè)備法蘭及攪拌軸等。

④固定管板換熱器：包括殼程圓筒、管程圓筒、管箱法蘭和管板等。

⑤浮頭式及填料函式換熱器：包括浮頭蓋、鉤圈、筒體、前(后)端管箱、筒體法蘭、前(后)端管箱法蘭、管板及開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)等。

⑥U形管式換熱器：包括筒體、前(后)端管箱、筒體法蘭、前(后)端管箱法蘭、管板及開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)等。

⑦高壓設(shè)備：包括單層圓筒、多層包扎式圓筒、熱套筒體、高壓設(shè)備的封頭(包括球形、平蓋、鍛制緊縮口以及卡箍、金屬平墊、橢圓墊、八角墊和雙錐密封等) 。

③ 塔設(shè)備：包括板式塔、填料塔、塔板與填料混合內(nèi)件的等截面或變截面塔以及基礎(chǔ)環(huán)板固定在框架結(jié)構(gòu)上的塔等。

⑨ 球形儲(chǔ)罐：包括球殼板、支柱、地腳螺栓、拉桿、銷(xiāo)子、支柱底板、耳順及翼板等。

⑩非圓形容器：包括矩形、帶圓角矩形、長(zhǎng)圓形、橢圓形截面容器的殼體、支撐板及加強(qiáng)件等。

⑾零部件：包括無(wú)墊片法蘭(或墊片反力可忽略不計(jì))、卡箍連接密封、彎頭、三通、斜接管、帶法蘭凸形封頭等。

⑿局部應(yīng)力：包含了美國(guó)焊接研究會(huì)WRC-107 公報(bào)1979 版和WRC-297 公報(bào)1987 版的全部?jī)?nèi)容，包括柱殼、球亮、橢圓封頭或碟形封頭等在外載荷作用下所產(chǎn)生的最大表面應(yīng)力和最大薄膜應(yīng)力等。

 

 

LANSYS 壓力容器強(qiáng)度設(shè)計(jì)軟件

 

 

LANSYS 是藍(lán)森石化技術(shù)有限公司開(kāi)發(fā)的一套設(shè)計(jì)軟件，它按GB/T 150.1 ~ 150.4、GB/T 151 、GB/T 16749 、GB/T 12337、NB/T 47041、NB/T 47042、HG / T 20569 及有關(guān)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行編制，在尊重原標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)習(xí)慣的原則下進(jìn)行了合理的分類(lèi)， 80 多種零件項(xiàng)(計(jì)算項(xiàng))歸納為殼與封頭、平蓋與法蘭、換熱器零件、非圓形截面容器、筒體端部五類(lèi)，設(shè)備類(lèi)包括換熱器、臥式容器、直立容器、球形儲(chǔ)罐、攪拌器等幾大類(lèi)。

 

LANSYS 以用戶(hù)為中心運(yùn)作。用戶(hù)選擇需要的設(shè)備，并可添加零件，更可以由用戶(hù)組合零件建立自己的設(shè)備，甚至零件名稱(chēng)也可由用戶(hù)命名。

 

LANSYS 強(qiáng)大的及時(shí)計(jì)算功能，加上數(shù)據(jù)輸入、圖形提示、計(jì)算結(jié)果同頁(yè)集成，用戶(hù)所見(jiàn)即所得，甚至重要的中間數(shù)據(jù)也能及時(shí)看到，直觀高效。

 

帶頁(yè)標(biāo)簽的工作簿式設(shè)計(jì)，使計(jì)算項(xiàng)之間的切換準(zhǔn)確快捷，如同翻看設(shè)計(jì)書(shū)一樣，而且計(jì)算項(xiàng)計(jì)算通過(guò)后頁(yè)標(biāo)簽圖標(biāo)將由紅色變?yōu)榫G色。

 

輸入數(shù)據(jù)缺省值設(shè)置、標(biāo)準(zhǔn)元件數(shù)據(jù)套用功能(如法蘭、型鋼) ，不僅降低了用戶(hù)工作強(qiáng)度，也為用戶(hù)提供了參考數(shù)據(jù)。

 

LANSYS 自動(dòng)產(chǎn)生規(guī)范化格式、加入封面、目錄及圖形公式甚至表格的設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)，方便用戶(hù)存檔。

 

LANSYS 具有強(qiáng)大的項(xiàng)目文件組織管理功能，如多文檔功能、復(fù)制粘貼功能、排序刪除功能等。項(xiàng)目文件包括計(jì)算內(nèi)容、計(jì)算模式、輸入輸出數(shù)據(jù)及報(bào)告，這些內(nèi)容均由LANSYS自主管理，無(wú)需第三方軟件支持，文件非常小，通常只有10KB 左右。LANSYS 合乎標(biāo)準(zhǔn)的專(zhuān)業(yè)糾錯(cuò)提示，使用戶(hù)的疏漏減為最少，如管板管孔數(shù)太多，LANSYS 也能提示糾錯(cuò)。

 

設(shè)備項(xiàng)目中各計(jì)算項(xiàng)的設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度、公稱(chēng)直徑、壓力試驗(yàn)類(lèi)型四項(xiàng)數(shù)據(jù)相互關(guān)聯(lián)，一經(jīng)修改，相關(guān)計(jì)算項(xiàng)全部動(dòng)態(tài)產(chǎn)生計(jì)算結(jié)果，自動(dòng)找出計(jì)算項(xiàng)中試驗(yàn)壓力最小值作為設(shè)備試驗(yàn)壓力。

 

詳實(shí)的LANSYS 幫助，盡可能引用標(biāo)準(zhǔn)原文原圖，用戶(hù)在得到準(zhǔn)確幫助的同時(shí)，又能熟悉標(biāo)準(zhǔn)本身。

 

材料錄入與管理功能，使用戶(hù)可以方便地使用標(biāo)準(zhǔn)以外的材料。

 

LANSYS 于1999 年7 月順利通過(guò)了全國(guó)壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用分技術(shù)委員會(huì)的測(cè)試評(píng)審，評(píng)審認(rèn)為L(zhǎng)ANSYS 采用先進(jìn)的軟件編程技術(shù)，在軟件界面的友好性、操作方便性、外部材料數(shù)據(jù)庫(kù)建立及標(biāo)準(zhǔn)零件數(shù)據(jù)庫(kù)和計(jì)算文檔管理等方面具有自己的特色，在國(guó)內(nèi)同類(lèi)軟件中具有先進(jìn)水平。

 

 

有限元程序自動(dòng)生成系統(tǒng)FEPG

 

 

有限元程序自動(dòng)生成系統(tǒng)FEPG CFinite Element Program Generator) 為有限元分析和計(jì)算機(jī)輔助工程分析CCAE) 軟件平臺(tái)。

 

用戶(hù)只需輸入有限元方法所需的各種表達(dá)式和公式，即可由FEPG 自動(dòng)產(chǎn)生所需的全部有限元計(jì)算的、源程序、包括單元子程序、算法程序等，免去了大量繁瑣的有限元編程工作，保證了程序的正確性和統(tǒng)一性。

 

FEPG 采用元件化的程序設(shè)計(jì)方法和人工智能技術(shù)，根據(jù)有限元方法統(tǒng)一的數(shù)學(xué)原理及其內(nèi)在規(guī)律，以類(lèi)似于數(shù)學(xué)公式推理的方式，由微分方程表達(dá)式和算法表達(dá)式自動(dòng)產(chǎn)生有限元源程序。

 

FEPG 適用于求解各種領(lǐng)域的各種工程與學(xué)科的有限元問(wèn)題，突破了目前通用有限元程序只能用于特定領(lǐng)域和特定問(wèn)題的限制，廣泛應(yīng)用于石油化工、機(jī)械制造、能源、汽車(chē)交通、鐵道、國(guó)防軍工、電子、土木工程、造船、生物醫(yī)學(xué)、輕工、地礦、水利、航空航天、日用家電等工業(yè)部門(mén)，尤其適合于各類(lèi)學(xué)科的科學(xué)研究和高校的有限元教學(xué)。

 

FEPG 分為單機(jī)版和網(wǎng)絡(luò)版，單機(jī)版依次為FEPG l.0、FEPG2.0、FEPG2.2、F EPG3.0、FEPG4.0、FEPG4.2; 網(wǎng)絡(luò)版依次為IFEPG4.0、IFEPG4.2 0基于FEPG 開(kāi)發(fā)的壓力容器分析系統(tǒng)VAS2.0 軟件。

 

目前包含的結(jié)構(gòu)有軸對(duì)稱(chēng)部件(有無(wú)中心孔接管的各類(lèi)封頭、裙座與柱殼、夾套容器、膨脹節(jié)等) 和三維部件（有偏心開(kāi)孔接管的各類(lèi)封頭、柱殼開(kāi)孔接管、球形儲(chǔ)罐(有托板結(jié)構(gòu)、翻邊結(jié)構(gòu)或U 形柱結(jié)構(gòu))、有無(wú)中心開(kāi)孔結(jié)構(gòu)的管版、帶法蘭的平封頭、橢圓封頭、三維膨脹節(jié)等），其進(jìn)行計(jì)算的內(nèi)容有線(xiàn)彈性材料的機(jī)械靜力計(jì)算、溫度場(chǎng)計(jì)算和熱應(yīng)力計(jì)算、按應(yīng)力分類(lèi)進(jìn)行應(yīng)力評(píng)定、疲勞分析等。

 

 

ANSYS 分析設(shè)計(jì)軟件

 

 

ANSYS 軟件是第一個(gè)通過(guò)ISO 9001 質(zhì)量認(rèn)證的大型分析設(shè)計(jì)類(lèi)軟件，是美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)(ASME)、美國(guó)核安全局(NQA) 及近20 種專(zhuān)業(yè)技術(shù)協(xié)會(huì)認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)分析軟件。

 

在國(guó)內(nèi)第一個(gè)通過(guò)了中同壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)認(rèn)證并在國(guó)務(wù)院17 個(gè)部委推廣使用?，F(xiàn)在有多家壓力容器設(shè)計(jì)單位采用ANSYS 有限元分析軟件進(jìn)行壓力容器的設(shè)計(jì)。

 

ANSYS 軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電磁場(chǎng)、聲場(chǎng)和耦合場(chǎng)分析于一體的大型通用有限元分析軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國(guó)ANSYS 公司開(kāi)發(fā)，它能與多數(shù)CAD 軟件接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共草和交換，如Pro / Engin eer、UG、SolidWorks、NASTRAN、A l ogor、CATTA J -DEAS、AutoCAD 等， 是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的高級(jí)CAE 工具之一。ANSYS 有限元分析軟件可進(jìn)行設(shè)備的整體或零部件的分析計(jì)算。

 

ANSYS 軟件主要包括三個(gè)部分：前處理模塊、分析計(jì)算模塊和后處理模塊。

 

前處理模塊提供了一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)將劃分工具， 用戶(hù)可以方便地構(gòu)造有限元模型。

 

分析計(jì)算模塊包括結(jié)構(gòu)分析(可進(jìn)行線(xiàn)性分析、非線(xiàn)性分析和高度非線(xiàn)性分析)、流體動(dòng)力學(xué)分析、電磁場(chǎng)分析、聲場(chǎng)分析、壓電分析以及多物理場(chǎng)的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力。

 

后處理模塊可將計(jì)算結(jié)果以彩色等值線(xiàn)顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示(可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部) 等圖形方式顯示出來(lái)，也可將計(jì)算結(jié)果以圖表、曲線(xiàn)形式顯示或輸出。

 

軟件提供了100 種以上的單元類(lèi)型，用來(lái)模擬工程巾的各種結(jié)構(gòu)和材料。該軟件有多種不同版本，可以運(yùn)行在從個(gè)人機(jī)到大型機(jī)的多種計(jì)算機(jī)設(shè)備上。它不僅可以用來(lái)進(jìn)行壓力容器設(shè)計(jì)的應(yīng)力分析和疲勞分析，而且能夠進(jìn)行壓力容器的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在各種壓力容器設(shè)計(jì)軟件中占有極其重要的地位。

 

 

ABAQUS 分析設(shè)計(jì)軟件

 

 

ABAQUS 是一套功能強(qiáng)大的工程模擬的有限元軟件，其解決問(wèn)題的范圍從相對(duì)簡(jiǎn)單的線(xiàn)性分析到許多復(fù)雜的非線(xiàn)性問(wèn)題。ABAQUS 包括一個(gè)豐富的、可模擬任意幾何形狀的單元庫(kù)。并擁有各種類(lèi)型的材料模型庫(kù)，可以模擬典型工程材料的性能，其中包括金屬、橡膠、高分子材料、復(fù)合材料、鋼筋混凝土、可壓縮超彈性泡沫材料以及土壤和巖石等地質(zhì)材料。作為通用的模擬工具， ABAQUS 除了能解決大量結(jié)構(gòu)（應(yīng)力 / 位移）問(wèn)題，還可以模擬其他工程領(lǐng)域的許多問(wèn)題，例如熱傳導(dǎo)、質(zhì)量擴(kuò)散、熱電耦合分析、聲學(xué)分析、巖土力學(xué)分析（流體滲透 / 應(yīng)力耦合分析）及壓電介質(zhì)分析。

 

ABAQUS 為用戶(hù)提供了廣泛的功能，且使用起來(lái)又非常簡(jiǎn)單。大量的復(fù)雜問(wèn)題可以通過(guò)選項(xiàng)塊的不同組合很容易的模擬出來(lái)。例如，對(duì)于復(fù)雜多構(gòu)件問(wèn)題的模擬是通過(guò)把定義每一構(gòu)件的幾何尺寸的選項(xiàng)塊與相應(yīng)的材料性質(zhì)選項(xiàng)塊結(jié)合起來(lái)。在大部分模擬中，甚至高度非線(xiàn)性問(wèn)題，用戶(hù)只需提供一些工程數(shù)據(jù)，像結(jié)構(gòu)的幾何形狀、材料性質(zhì)、邊界條件及載荷工況。在一個(gè)非線(xiàn)性分析中， ABAQUS 能自動(dòng)選擇相應(yīng)載荷增量和收斂限度。他不僅能夠選擇合適參數(shù)，而且能連續(xù)調(diào)節(jié)參數(shù)以保證在分析過(guò)程中有效地得到精確解。用戶(hù)通過(guò)準(zhǔn)確的定義參數(shù)就能很好的控制數(shù)值計(jì)算結(jié)果。

 

ABAQUS 有兩個(gè)主求解器模塊— ABAQUS/Standard 和 ABAQUS/Explicit。ABAQUS 還包含一個(gè)全面支持求解器的圖形用戶(hù)界面，即人機(jī)交互前后處理模塊 — ABAQUS/CAE 。 ABAQUS 對(duì)某些特殊問(wèn)題還提供了專(zhuān)用模塊來(lái)加以解決。

 

ABAQUS 被廣泛地認(rèn)為是功能最強(qiáng)的有限元軟件，可以分析復(fù)雜的固體力學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)系統(tǒng)，特別是能夠駕馭非常龐大復(fù)雜的問(wèn)題和模擬高度非線(xiàn)性問(wèn)題。 ABAQUS 不但可以做單一零件的力學(xué)和多物理場(chǎng)的分析，同時(shí)還可以做系統(tǒng)級(jí)的分析和研究。?

 

ABAQUS 的系統(tǒng)級(jí)分析的特點(diǎn)相對(duì)于其他的分析軟件來(lái)說(shuō)是獨(dú)一無(wú)二的。由于 ABAQUS 優(yōu)秀的分析能力和模擬復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性使得 ABAQUS 被各國(guó)的工業(yè)和研究中所廣泛的采用。ABAQUS 產(chǎn)品在大量的高科技產(chǎn)品研究中都發(fā)揮著巨大的作用。

 

 

Pvelite & Code Calc

 

 

Pvelite & Code Calc 壓力容器整體及零部件分析設(shè)計(jì)軟件主要用來(lái)進(jìn)行從最基本到非常復(fù)雜的臥式和立式壓力容器、換熱器的整體及零部件的設(shè)計(jì)。該軟件錄入了3600 多種材料的性能數(shù)據(jù).井提供自選單位、自定義材料和動(dòng)態(tài)跟蹤等功能。

 

其狀態(tài)欄可顯示指定元件的厚度、垂直高度、最大工作壓力等。它覆蓋了ASME 第VIII卷(ASME VIII - l、ASME VIII - 2)、BS5500、UBC、NBC、ANSI B16.5、TEMA、WRC-107 號(hào)公告等，具有強(qiáng)大的設(shè)計(jì)和分析能力。

 

Pvelite &.Code Calc 主要對(duì)如下幾方面進(jìn)行計(jì)算。

 

① 臥式和立式壓力容器整體分析\'及設(shè)計(jì)。

② 臥式和立式壓力容器零部件的分析及設(shè)計(jì)。

③ 換熱器零部件：包括殼體、封頭、浮頭、開(kāi)口、法蘭、管板、連接件、各種支撐方式、脹節(jié)分析及設(shè)計(jì)。

④矩形和其他非圓形容器等分析及設(shè)計(jì)。

⑤球形儲(chǔ)罐的整體分析及設(shè)計(jì)。

 

 

ASME VIII強(qiáng)度計(jì)算軟件COMPRESS

 

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COMPRESS是CodeWare公司旗下主打產(chǎn)品，主要用于ASME VIII-1，VIII-2的強(qiáng)度計(jì)算。COMPRESS相比其它同類(lèi)軟件其缺點(diǎn)是只能按ASME標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，其優(yōu)點(diǎn)是界面非常友好，模型效果非常逼真，這一點(diǎn)上不論是PVELITE,VVD,AUTOPIPE VESSEL都只能自嘆不如。