宋亞嬋

摘 要：科學(xué)技術(shù)的快速進(jìn)步促進(jìn)了我國化工機(jī)械制造行業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，我國化工機(jī)械制造領(lǐng)域已經(jīng)在設(shè)計(jì)軟件上取得了一定的成就，例如ANSYS軟件技術(shù)、IDEAS軟件技術(shù)等等。當(dāng)前，我國化工機(jī)械制造技術(shù)在運(yùn)用過程中，仍舊還存在著一些問題。因此，文章將對(duì)ANSYS軟件技術(shù)在化工機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行研究，從而促進(jìn)我國化工機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)越來越完善，滿足當(dāng)前使用需求。

關(guān)鍵詞：ANSYS技術(shù)；機(jī)械設(shè)計(jì)；化工機(jī)械；實(shí)踐應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TQ05 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）30-0148-02

1 概述

改革開放以來，我國通過引進(jìn)國外先進(jìn)的化工機(jī)械制造技術(shù)來促進(jìn)我國化工機(jī)械制造行業(yè)的發(fā)展。到了二十一世紀(jì)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，人們對(duì)機(jī)械設(shè)備的性能要求變得越來越嚴(yán)格。由于化工機(jī)械設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，研發(fā)人員為了更好的提升化工機(jī)械設(shè)備的使用功能，通過深入研究，開發(fā)出了一款能夠應(yīng)用于化工機(jī)械設(shè)計(jì)的ANSYS軟件技術(shù)。ANSYS軟件技術(shù)在很大的程度上改善了傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)模式，給化工機(jī)械制造領(lǐng)域帶來了新的改革和創(chuàng)新，為化工機(jī)械行業(yè)帶來了新的發(fā)展路徑。ANSYS軟件技術(shù)是目前國際上使用的最多的一種化工機(jī)械軟件技術(shù)。通過ANSYS軟件技術(shù)能夠使化工機(jī)械設(shè)計(jì)的效果變得更加直觀，操作變得更加簡便，還能夠降低設(shè)計(jì)誤差，縮短設(shè)計(jì)開發(fā)周期，我國化工機(jī)械技術(shù)已經(jīng)在制造領(lǐng)域上得到了飛速的發(fā)展。

2 ANSYS軟件技術(shù)在化工機(jī)械設(shè)計(jì)過程中的發(fā)展現(xiàn)狀

ANSYS軟件技術(shù)是由美國知名企業(yè)研發(fā)設(shè)計(jì)出來，這款軟件在問世以后，得到了人們的大量關(guān)注。因?yàn)?，ANSYS軟件技術(shù)能夠應(yīng)用于石油化工行業(yè)領(lǐng)域、機(jī)械制造領(lǐng)域、土木工程領(lǐng)域等。該軟件能夠以多種數(shù)據(jù)形式來顯示模擬效果，能夠提供超過一百種的單元素，能夠與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)通。此外，ANSYS軟件技術(shù)還能夠解決仿真類結(jié)構(gòu)材料，結(jié)構(gòu)動(dòng)力和非結(jié)構(gòu)動(dòng)力的線性分析等等，因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域上占據(jù)著重要的地位。

由于ANSYS軟件技術(shù)在化工機(jī)械設(shè)計(jì)中有著非常明顯的優(yōu)勢(shì)，因此，人們對(duì)于化工生產(chǎn)的機(jī)械設(shè)備性能上有著較高的要求。因?yàn)榛C(jī)械設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)過程中具備著一定的特殊性，對(duì)組件長短等有著極其嚴(yán)格的要求，此外，機(jī)械設(shè)計(jì)還會(huì)受到多種模組件的影響，因此，導(dǎo)致機(jī)械設(shè)計(jì)難度大，無法滿足當(dāng)前機(jī)械設(shè)計(jì)發(fā)展的使用需求。而ANSYS軟件技術(shù)可以直接通過實(shí)體建模工具來實(shí)現(xiàn)虛擬建模和NC程序的設(shè)計(jì)，有利于提升機(jī)械設(shè)計(jì)的質(zhì)量。此外，ANSYS軟件技術(shù)在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，還需要選擇Pro等軟件來提高建模的質(zhì)量，以此來增強(qiáng)構(gòu)建模型的設(shè)計(jì)效果。此外，研發(fā)人員為了保證機(jī)械設(shè)計(jì)的質(zhì)量和精確度，需要通過使用ANSYS軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)組件的邏輯性關(guān)系和虛擬仿真裝配方式的檢驗(yàn)，如果在檢驗(yàn)過程中出現(xiàn)了裝配問題，那么研發(fā)人員需要對(duì)設(shè)計(jì)、后續(xù)修改提供修改的參數(shù)。由于化工機(jī)械設(shè)備使用的用途比較特殊，因此，研發(fā)人員還需要對(duì)機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)有著更高的要求。而使用ANSYS軟件技術(shù)可以最大限度的降低設(shè)計(jì)誤差，解決化工機(jī)械設(shè)備不匹配的問題。因此，我國化工機(jī)械設(shè)備研發(fā)人員需要積極的使用ANSYS軟件技術(shù)來提升機(jī)械設(shè)備的質(zhì)量，滿足當(dāng)前使用需求。

3 ANSYS軟件技術(shù)在化工機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用和分析

3.1 厚壁原筒幾何模型的建設(shè)研究設(shè)計(jì)

（1）厚壁原筒幾何模型的建立和計(jì)算

因?yàn)樵诨C(jī)械設(shè)計(jì)過程中，化工壓力容器和化工機(jī)械設(shè)備是我國化工機(jī)械行業(yè)主要研究趨勢(shì)。因此，本文將采用ANSYS軟件技術(shù)對(duì)化工機(jī)械設(shè)備和化工壓力容器為研究案例進(jìn)行分析和說明。由于ANSYS產(chǎn)品系列有七種結(jié)構(gòu)分析類型，因此，本文選用了結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析來計(jì)算厚壁圓筒受到的壓力。由此可知，研發(fā)人員可以利用ANSYS軟件技術(shù)建立幾何模型，對(duì)化工機(jī)械設(shè)備的受力狀況進(jìn)行研究。首先，需要選擇單元類型和定義常數(shù)，明確建立幾何模型的材料屬性。研發(fā)人員需要利用ANSYS軟件技術(shù)對(duì)幾何模塊結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。由于厚壁原筒的內(nèi)壓較大，因此，研發(fā)人員需要選擇PLANE2的二維平面單元來進(jìn)行分析。由于不同的材料表示不同的材料屬性，因此，在建立幾何模型的過程，研發(fā)人員還需要?jiǎng)澐志W(wǎng)格的單元尺寸，對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行初步的調(diào)整，以此來保證網(wǎng)格的精確性。然后，研發(fā)人員需要對(duì)構(gòu)建的幾何模型的邊界進(jìn)行分析，經(jīng)過研究分析得知，幾何模型受到了內(nèi)壓、外壓等壓力，由于幾何模型的荷載重力壓力較小，因此，本文只針對(duì)圓筒的內(nèi)圓荷載進(jìn)行求解，以此來確定物體的荷載響應(yīng)，保證施加的荷載的精確。因?yàn)?，施加的?nèi)壓對(duì)模型的影響較小，但是施加的外壓力對(duì)模型的影響較大。最后，研發(fā)人員可以使用ANSYS軟件技術(shù)對(duì)模型變形圖進(jìn)行求解，一旦求解成功，設(shè)計(jì)人員可以直接根據(jù)得出的模型變形圖和節(jié)點(diǎn)等直線圖找尋出盈利軌跡的線圖和應(yīng)力的分布趨勢(shì)。

（2）計(jì)算結(jié)果分析和比較

由于厚壁原筒的模型為軸對(duì)稱圖像，因此，厚壁原筒的內(nèi)壓受力是均勻平穩(wěn)的。研發(fā)人員可以直接使用ANSYS軟件技術(shù)來計(jì)算出最大的變形量和節(jié)點(diǎn)位移圖，經(jīng)過計(jì)算得出最大的位移變形量為0.0582mm。然而，模型節(jié)點(diǎn)上的位移大小會(huì)直接隨著節(jié)點(diǎn)的位移值的變化而不斷變化，由此可知，最小的位移變形量為0.0479mm。因此，本文采用軌跡線圖來表示徑向應(yīng)力和周向應(yīng)力曲線的變化。通過Matlab6.5程序可以計(jì)算出雙向應(yīng)力的徑向變化。綜上所述，研發(fā)人員可以通過使用ANSYS軟件技術(shù)來計(jì)算厚壁圓筒的融合度，有利于為壓力容器的研發(fā)設(shè)計(jì)提供較為準(zhǔn)確的精確數(shù)據(jù)。

3.2 模擬換熱器內(nèi)流體換熱的研究設(shè)計(jì)

（1）ANSYS幾何模型的建立和計(jì)算

由于模擬熱換器的幾何模型是矩形截面圍繞中心軸旋轉(zhuǎn)而成的，因此，本文將對(duì)矩形截面進(jìn)行分析和說明。如圖1所示。

系統(tǒng)研發(fā)人員可以直接利用ANSYS軟件技術(shù)對(duì)模擬換熱器設(shè)計(jì)過程進(jìn)行研究和分析。因?yàn)椋珹NSYS軟件技術(shù)能夠分析二維和三維流體的流動(dòng)情況，能夠?qū)LUID141等單元進(jìn)行多種流體的熱交換器設(shè)計(jì)，研發(fā)人員可以直接選擇模型單元，對(duì)每個(gè)幾點(diǎn)的壓力和單元的流率進(jìn)行處理。此外，研發(fā)人員還可以對(duì)截取的上下兩個(gè)部分表示的不同流體進(jìn)行分流，以此來實(shí)現(xiàn)建模。然后，研發(fā)人員在進(jìn)行換熱器計(jì)算的過程中，需要注意邊界條件的施加是否處于對(duì)稱，管程氣體的溫度與進(jìn)口速度是否為零。然后，研發(fā)人員直接利用ANSYS軟件技術(shù)對(duì)模擬器的迭代次數(shù)進(jìn)行計(jì)算，對(duì)溫度方程和速度方程進(jìn)行計(jì)算。通過保證迭代次數(shù)的數(shù)值范圍來計(jì)算出收斂值，最后，研發(fā)人員再根據(jù)得出的迭代次數(shù)和收斂值來計(jì)算出換熱器的速度和溫度等值線。

（2）計(jì)算結(jié)果分析和比較

經(jīng)過研究得知，模擬熱換器的流體一旦進(jìn)入到管口，液體經(jīng)過一段時(shí)間的流轉(zhuǎn)，流體會(huì)直接流向管中心，這樣就會(huì)降低壁面的溫度，保證流體的溫度與實(shí)際溫度一樣，都為0。因此，一旦模擬熱換器中的氣體溫度變化明顯，那么流體的熱交反應(yīng)就會(huì)有著明顯的變化，研發(fā)人員可以直接從走殼程的出口溫度和流體的流速上觀看出來。由于流體呈現(xiàn)拋物線分布，因此，環(huán)隙中央流體的流速最大，而內(nèi)外壁的溫度為0。

4 結(jié)束語

本文主要對(duì)ANSYS軟件技術(shù)在化工機(jī)械設(shè)計(jì)過程中存在的作用進(jìn)行了研究和分析。因?yàn)椋瑐鹘y(tǒng)的化工機(jī)械設(shè)計(jì)方式已經(jīng)無法滿足當(dāng)前化工機(jī)械行業(yè)的發(fā)展使用需求，而ANSYS軟件技術(shù)則能夠快速實(shí)現(xiàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)方面的研發(fā)設(shè)計(jì)。我國化工機(jī)械設(shè)計(jì)人員為了降低化工機(jī)械設(shè)計(jì)的難度，利用了ANSYS軟件技術(shù)來提高我國化工機(jī)械設(shè)計(jì)水平。由于ANSYS軟件技術(shù)需要專業(yè)的人才才能夠?qū)崿F(xiàn)操作，因此，我國化工機(jī)械設(shè)計(jì)人員還需要進(jìn)一步的提升自己的專業(yè)技術(shù)水平，不斷學(xué)習(xí)新的化工機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)，為化工機(jī)械設(shè)計(jì)改革做出貢獻(xiàn)。

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