有限元方法在化工设备局部应力计算中的应用研究

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摘 要：在进行应力计算的过程中，我们需要明确的是有限元方法的应用能够为化工局部设备的计算提供便捷帮助，但在设计和检修的整个过程中设计人员经常会遇到的有限元方法的计算问题。导致局部应力过大的情况下出现局部结构超载的问题，引起设备变形，同时也有可能受到交变载荷的影响，出现运行疲劳遭到破坏。

关键词：有限元方法；化工设备局部；应力计算；应用研究

常见的一些工程中，我们经常遇到很多非标准的容器和化工设备出现使用疲劳的问题，或者遭到严重的破坏，这就需要对外压容器的具体设计方法进行明确，做好数值计算，应力计算的重要性就在于，能够分析出重要的设备结构，做好应力分类，能够结合计算结构来制定出不同的设计准则。工程的设计人员需要把握好设备的强度，保证设计结构的使用安全性，创造更多的经济价值，外压容器的应用需要保证设计方法的数值合理，这也是有限元方法应用的主要原因。

1 有限元方法的数值计算

有限元法是国外提出的一种数值算法，主要是依据信息技术的发展，通过计算机来作为基础，与传统的数值计算方法存在的差别就在于，有限元算法所具有的物理实质就是将一个连续体用有限的单元进行组合，逐渐将连续的分析类型发展为单元性的分析。从有限元法的本质上来看，有限元法所计算出的数值是近似值，所以通过解析式精确求解的运用能够对计算的准确性提供补充，解析法的运用从理论上来讲具有着不可替代的应用价值，能够精确的体现出计算的特定条件。工程问题一直具有着复杂性，想要实现理论求解，打破自身所存在的局限性，就需要寻找解决复杂问题的方法，有限元法属于信息技术发展所得到的仿真技术，能够在计算机的利用过程中，通过有限元的计算软件来模拟出工程问题。其数值计算方法主要有迭代法、以直代曲法、化整为零法及外推法等，其中较为常用的是迭代法，又称作逐次逼近法。

2 有限元计算模型

工程设计的过程中，壳体存在着不连续的应力和局部应力，想要实现工程设备应用效果的提升，需要对应力集中的条件进行详细的分析和计算，针对这一设计内容很多研发学者都做了详细的研究工作，努力的寻求精确的计算解析方式，做到实验、数值的双解。经过不同程度的研究分析，有限元计算方法成为了容器设计的常用原则，化工设备具有着多样性结构的特性，以及非标性的原则，需要以此来对壳体的结构进行详细分析。有限元计算模型引用的主要设备有：锥壳变径段的圆柱壳、中部连接接管，因为其构成相对来说比较复杂，所以只是通过解析法来解决可能出现的问题，会让数值计算的过程和准确性受到限制，采用单元法来进行结算，需要对连接的边缘进行详细的分析，保证局部应力和应力集中的实现，同时结构的对称性需要通过锥体变径段来实现，做好接管部分的详细研究，建立有限元计算模型。计算模型的制定和应用需要结合实际，想要得到工程设备的提升，就需要优化计算模型，引入锥体和接管焊缝来进行模型内涵的强化，有限元程序所计算出来的结果，让不同结构的壳体所具有的连接边缘都出现了局部应力较高的情况。我们要保证有限元计算模型中所具有的局部应力强度和部位的局部应力强度保持一致，并且整个结构中所具有的最大应力的强度需要与圆柱壳的连接边缘相结合，在设备的计算过程中需要合理的单元模式建立，这是单元划分的基础试算价值，以此来提高数值计算的精准度。有限元的计算，需要在单元库中进行的块单元的选择，通过合理的划分来生成自动化单元，根据沿壁的厚度来进行不同层次划分，同时对接管附近的应力集中区域要进行加密处理，这就是网格划分模型。

3 有限元方法的应用成效

壳体具有着一定的不连续性，这也让壳体的应力分析变得异常的复杂，从理论上进行详细的分析比较复杂的，实际工程中应力计算十分重要，有限元方法的应用能够让复杂的结构应力计算变得简便，设备的有效性也能够得到提升，让工程的设计变得更加的可靠，以此来解决实际应用中无法进行合理解决的问题，为工程设备提供了更好的应用途径。在进行理论解析和有限元计算的过程中，需要对结果进行详细的对比分析，从而得到计算数值的准确性，有限元计算模型的建立能够合理的对边界条件进行处理，保证单元的选择和网格的详细划分都处在最佳的精度。在进行设备结构的设计分析过程中，可以结合当前的设计形式和精度来对基本的设备强度进行评定，让整个设备的运用变得更加的合理化，从而保证设备的结构在一定时期的应用下，不会发生效果不佳的情况。通过对分析设计思想的评定和分析，能够满足应力区域的强度需求，三维化的有限元计算能够给出不同的应用数值，得到应力和峰值的总应力场，并且能够从总应力场中得出不同的应力，设计思想和分析强度的评定十分关键，这也是解决计算中的难点的重要方式，对数值和实验记录进行应力分类。

4 总结

局部应力的研究和分析需要计算，孔边的应力集中、数据值的计算方法等都是重要的理论基础，通过理论和实验的证明来对局部的应力进行研究，利用算例来对分析结果进行总结，了解设备的整體使用结构，结合设计模式来对局部应力的参数化进行分析等。全文将压力容器局部所具有的应力作为出发点，通过有限的元素法来进行分析设计，并且通过应力分类法的运用来对设备的局部应力情况进行具体的分析和评定，在实际计算中数值分析法和算例结果分析法都能够取得良好的应用效果。

参考文献：

[1]秦叔经，王琦.局部应力计算方法的对比研究（上）[J].化工设备与管道，2008（04）：7-15.

[2]秦叔经，王琦.局部应力计算方法的对比研究（下）[J].化工设备与管道，2008（05）：6-12.

[3]秦叔经，王琦. 局部应力计算方法的对比研究（下）[J]. 化工设备与管道，2008（05）：6-12.

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