鮑立偉

摘 要：在進行應(yīng)力計算的過程中，我們需要明確的是有限元方法的應(yīng)用能夠為化工局部設(shè)備的計算提供便捷幫助，但在設(shè)計和檢修的整個過程中設(shè)計人員經(jīng)常會遇到的有限元方法的計算問題。導(dǎo)致局部應(yīng)力過大的情況下出現(xiàn)局部結(jié)構(gòu)超載的問題，引起設(shè)備變形，同時也有可能受到交變載荷的影響，出現(xiàn)運行疲勞遭到破壞。本文主要從幾個方面探討了有限元方法在化工設(shè)備局部應(yīng)力計算的具體應(yīng)用，通過數(shù)值計算法來進行應(yīng)力的計算，并且通過對設(shè)計內(nèi)容的分析來實現(xiàn)對經(jīng)典理論的計算分析。

關(guān)鍵詞：有限元方法；化工設(shè)備局部；應(yīng)力計算；應(yīng)用研究

常見的一些工程中，我們經(jīng)常遇到很多非標準的容器和化工設(shè)備出現(xiàn)使用疲勞的問題，或者遭到嚴重的破壞，這就需要對外壓容器的具體設(shè)計方法進行明確，做好數(shù)值計算，應(yīng)力計算的重要性就在于，能夠分析出重要的設(shè)備結(jié)構(gòu)，做好應(yīng)力分類，能夠結(jié)合計算結(jié)構(gòu)來制定出不同的設(shè)計準則。工程的設(shè)計人員需要把握好設(shè)備的強度，保證設(shè)計結(jié)構(gòu)的使用安全性，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟價值，外壓容器的應(yīng)用需要保證設(shè)計方法的數(shù)值合理，這也是有限元方法應(yīng)用的主要原因。

1 有限元方法的數(shù)值計算

有限元法是國外提出的一種數(shù)值算法，主要是依據(jù)信息技術(shù)的發(fā)展，通過計算機來作為基礎(chǔ)，與傳統(tǒng)的數(shù)值計算方法存在的差別就在于，有限元算法所具有的物理實質(zhì)就是將一個連續(xù)體用有限的單元進行組合，逐漸將連續(xù)的分析類型發(fā)展為單元性的分析。從有限元法的本質(zhì)上來看，有限元法所計算出的數(shù)值是近似值，所以通過解析式精確求解的運用能夠?qū)τ嬎愕臏蚀_性提供補充，解析法的運用從理論上來講具有著不可替代的應(yīng)用價值，能夠精確的體現(xiàn)出計算的特定條件。工程問題一直具有著復(fù)雜性，想要實現(xiàn)理論求解，打破自身所存在的局限性，就需要尋找解決復(fù)雜問題的方法，有限元法屬于信息技術(shù)發(fā)展所得到的仿真技術(shù)，能夠在計算機的利用過程中，通過有限元的計算軟件來模擬出工程問題。有限元法具有應(yīng)用效果廣的情況，能夠?qū)^為復(fù)雜的設(shè)備內(nèi)部系統(tǒng)進行深入的研究和實驗。有限元的運用能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計，通過計算機有限元法能夠?qū)υO(shè)計方案進行先行規(guī)劃，這些方案的制定能夠做好系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，減少人員設(shè)計對設(shè)備功能質(zhì)量的影響。有限元法還能夠提高設(shè)備的可靠性，從側(cè)面也能夠反映出不同變量之間所存在的連接關(guān)系，判斷不同變量所具有的重要性來對整個系統(tǒng)進行詳細的分析。其數(shù)值計算方法主要有迭代法、以直代曲法、化整為零法及外推法等，其中較為常用的是迭代法，又稱作逐次逼近法，此處以方程求根為例：

2 有限元計算模型

工程設(shè)計的過程中，殼體存在著不連續(xù)的應(yīng)力和局部應(yīng)力，想要實現(xiàn)工程設(shè)備應(yīng)用效果的提升，需要對應(yīng)力集中的條件進行詳細的分析和計算，針對這一設(shè)計內(nèi)容很多研發(fā)學者都做了詳細的研究工作，努力的尋求精確的計算解析方式，做到實驗、數(shù)值的雙解。經(jīng)過不同程度的研究分析，有限元計算方法成為了容器設(shè)計的常用原則，化工設(shè)備具有著多樣性結(jié)構(gòu)的特性，以及非標性的原則，需要以此來對殼體的結(jié)構(gòu)進行詳細分析。有限元計算模型引用的主要設(shè)備有：錐殼變徑段的圓柱殼、中部連接接管，因為其構(gòu)成相對來說比較復(fù)雜，所以只是通過解析法來解決可能出現(xiàn)的問題，會讓數(shù)值計算的過程和準確性受到限制，采用單元法來進行結(jié)算，需要對連接的邊緣進行詳細的分析，保證局部應(yīng)力和應(yīng)力集中的實現(xiàn)，同時結(jié)構(gòu)的對稱性需要通過錐體變徑段來實現(xiàn)，做好接管部分的詳細研究，建立有限元計算模型。計算模型的制定和應(yīng)用需要結(jié)合實際，想要得到工程設(shè)備的提升，就需要優(yōu)化計算模型，引入錐體和接管焊縫來進行模型內(nèi)涵的強化，有限元程序所計算出來的結(jié)果，讓不同結(jié)構(gòu)的殼體所具有的連接邊緣都出現(xiàn)了局部應(yīng)力較高的情況。我們要保證有限元計算模型中所具有的局部應(yīng)力強度和部位的局部應(yīng)力強度保持一致，并且整個結(jié)構(gòu)中所具有的最大應(yīng)力的強度需要與圓柱殼的連接邊緣相結(jié)合，在設(shè)備的計算過程中需要合理的單元模式建立，這是單元劃分的基礎(chǔ)試算價值，以此來提高數(shù)值計算的精準度。有限元的計算，需要在單元庫中進行的塊單元的選擇，通過合理的劃分來生成自動化單元，根據(jù)沿壁的厚度來進行不同層次劃分，同時對接管附近的應(yīng)力集中區(qū)域要進行加密處理，這就是網(wǎng)格劃分模型。

3 有限元方法的應(yīng)用成效

殼體具有著一定的不連續(xù)性，這也讓殼體的應(yīng)力分析變得異常的復(fù)雜，從理論上進行詳細的分析比較復(fù)雜的，實際工程中應(yīng)力計算十分重要，有限元方法的應(yīng)用能夠讓復(fù)雜的結(jié)構(gòu)應(yīng)力計算變得簡便，設(shè)備的有效性也能夠得到提升，讓工程的設(shè)計變得更加的可靠，以此來解決實際應(yīng)用中無法進行合理解決的問題，為工程設(shè)備提供了更好的應(yīng)用途徑。在進行理論解析和有限元計算的過程中，需要對結(jié)果進行詳細的對比分析，從而得到計算數(shù)值的準確性，有限元計算模型的建立能夠合理的對邊界條件進行處理，保證單元的選擇和網(wǎng)格的詳細劃分都處在最佳的精度。在進行設(shè)備結(jié)構(gòu)的設(shè)計分析過程中，可以結(jié)合當前的設(shè)計形式和精度來對基本的設(shè)備強度進行評定，讓整個設(shè)備的運用變得更加的合理化，從而保證設(shè)備的結(jié)構(gòu)在一定時期的應(yīng)用下，不會發(fā)生效果不佳的情況。通過對分析設(shè)計思想的評定和分析，能夠滿足應(yīng)力區(qū)域的強度需求，三維化的有限元計算能夠給出不同的應(yīng)用數(shù)值，得到應(yīng)力和峰值的總應(yīng)力場，并且能夠從總應(yīng)力場中得出不同的應(yīng)力，設(shè)計思想和分析強度的評定十分關(guān)鍵，這也是解決計算中的難點的重要方式，對數(shù)值和實驗記錄進行應(yīng)力分類。

4 總結(jié)

局部應(yīng)力的研究和分析需要計算，孔邊的應(yīng)力集中、數(shù)據(jù)值的計算方法等都是重要的理論基礎(chǔ)，通過理論和實驗的證明來對局部的應(yīng)力進行研究，利用算例來對分析結(jié)果進行總結(jié)，了解設(shè)備的整體使用結(jié)構(gòu)，結(jié)合設(shè)計模式來對局部應(yīng)力的參數(shù)化進行分析等。全文將壓力容器局部所具有的應(yīng)力作為出發(fā)點，通過有限的元素法來進行分析設(shè)計，并且通過應(yīng)力分類法的運用來對設(shè)備的局部應(yīng)力情況進行具體的分析和評定，在實際計算中數(shù)值分析法和算例結(jié)果分析法都能夠取得良好的應(yīng)用效果。

參考文獻：

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