淺析ANSYS技術(shù)在化工機械設(shè)計中的應(yīng)用

宋亞嬋

摘 要：科學技術(shù)的快速進步促進了我國化工機械制造行業(yè)的經(jīng)濟發(fā)展，我國化工機械制造領(lǐng)域已經(jīng)在設(shè)計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。當前，我國化工機械制造技術(shù)在運用過程中，仍舊還存在著一些問題。因此，文章將對ANSYS軟件技術(shù)在化工機械設(shè)計中的應(yīng)用進行研究，從而促進我國化工機械設(shè)備的設(shè)計越來越完善，滿足當前使用需求。

關(guān)鍵詞：ANSYS技術(shù)；機械設(shè)計；化工機械；實踐應(yīng)用

中圖分類號：TQ05 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）30-0148-02

1 概述

改革開放以來，我國通過引進國外先進的化工機械制造技術(shù)來促進我國化工機械制造行業(yè)的發(fā)展。到了二十一世紀，隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，人們對機械設(shè)備的性能要求變得越來越嚴格。由于化工機械設(shè)計較為復(fù)雜，研發(fā)人員為了更好的提升化工機械設(shè)備的使用功能，通過深入研究，開發(fā)出了一款能夠應(yīng)用于化工機械設(shè)計的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)機械設(shè)計模式，給化工機械制造領(lǐng)域帶來了新的改革和創(chuàng)新，為化工機械行業(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械軟件技術(shù)。通過ANSYS軟件技術(shù)能夠使化工機械設(shè)計的效果變得更加直觀，操作變得更加簡便，還能夠降低設(shè)計誤差，縮短設(shè)計開發(fā)周期，我國化工機械技術(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)在化工機械設(shè)計過程中的發(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)計出來，這款軟件在問世以后，得到了人們的大量關(guān)注。因為，ANSYS軟件技術(shù)能夠應(yīng)用于石油化工行業(yè)領(lǐng)域、機械制造領(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)動力和非結(jié)構(gòu)動力的線性分析等等，因此，在機械設(shè)計領(lǐng)域上占據(jù)著重要的地位。

由于ANSYS軟件技術(shù)在化工機械設(shè)計中有著非常明顯的優(yōu)勢，因此，人們對于化工生產(chǎn)的機械設(shè)備性能上有著較高的要求。因為化工機械設(shè)計在設(shè)計過程中具備著一定的特殊性，對組件長短等有著極其嚴格的要求，此外，機械設(shè)計還會受到多種模組件的影響，因此，導(dǎo)致機械設(shè)計難度大，無法滿足當前機械設(shè)計發(fā)展的使用需求。而ANSYS軟件技術(shù)可以直接通過實體建模工具來實現(xiàn)虛擬建模和NC程序的設(shè)計，有利于提升機械設(shè)計的質(zhì)量。此外，ANSYS軟件技術(shù)在實際設(shè)計過程中，還需要選擇Pro等軟件來提高建模的質(zhì)量，以此來增強構(gòu)建模型的設(shè)計效果。此外，研發(fā)人員為了保證機械設(shè)計的質(zhì)量和精確度，需要通過使用ANSYS軟件技術(shù)實現(xiàn)組件的邏輯性關(guān)系和虛擬仿真裝配方式的檢驗，如果在檢驗過程中出現(xiàn)了裝配問題，那么研發(fā)人員需要對設(shè)計、后續(xù)修改提供修改的參數(shù)。由于化工機械設(shè)備使用的用途比較特殊，因此，研發(fā)人員還需要對機械設(shè)備的設(shè)計細節(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)計誤差，解決化工機械設(shè)備不匹配的問題。因此，我國化工機械設(shè)備研發(fā)人員需要積極的使用ANSYS軟件技術(shù)來提升機械設(shè)備的質(zhì)量，滿足當前使用需求。

3 ANSYS軟件技術(shù)在化工機械設(shè)計中的應(yīng)用和分析

3.1 厚壁原筒幾何模型的建設(shè)研究設(shè)計

（1）厚壁原筒幾何模型的建立和計算

因為在化工機械設(shè)計過程中，化工壓力容器和化工機械設(shè)備是我國化工機械行業(yè)主要研究趨勢。因此，本文將采用ANSYS軟件技術(shù)對化工機械設(shè)備和化工壓力容器為研究案例進行分析和說明。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，對化工機械設(shè)備的受力狀況進行研究。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)對幾何模塊結(jié)構(gòu)進行分析。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)人員還需要劃分網(wǎng)格的單元尺寸，對網(wǎng)格進行初步的調(diào)整，以此來保證網(wǎng)格的精確性。然后，研發(fā)人員需要對構(gòu)建的幾何模型的邊界進行分析，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，本文只針對圓筒的內(nèi)圓荷載進行求解，以此來確定物體的荷載響應(yīng)，保證施加的荷載的精確。因為，施加的內(nèi)壓對模型的影響較小，但是施加的外壓力對模型的影響較大。最后，研發(fā)人員可以使用ANSYS軟件技術(shù)對模型變形圖進行求解，一旦求解成功，設(shè)計人員可以直接根據(jù)得出的模型變形圖和節(jié)點等直線圖找尋出盈利軌跡的線圖和應(yīng)力的分布趨勢。

（2）計算結(jié)果分析和比較

由于厚壁原筒的模型為軸對稱圖像，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)來計算出最大的變形量和節(jié)點位移圖，經(jīng)過計算得出最大的位移變形量為0.0582mm。然而，模型節(jié)點上的位移大小會直接隨著節(jié)點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)來計算厚壁圓筒的融合度，有利于為壓力容器的研發(fā)設(shè)計提供較為準確的精確數(shù)據(jù)。

3.2 模擬換熱器內(nèi)流體換熱的研究設(shè)計

（1）ANSYS幾何模型的建立和計算

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

（2）計算結(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入到管口，液體經(jīng)過一段時間的流轉(zhuǎn)，流體會直接流向管中心，這樣就會降低壁面的溫度，保證流體的溫度與實際溫度一樣，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ANSYS軟件技術(shù)在化工機械設(shè)計過程中存在的作用進行了研究和分析。因為，傳統(tǒng)的化工機械設(shè)計方式已經(jīng)無法滿足當前化工機械行業(yè)的發(fā)展使用需求，而ANSYS軟件技術(shù)則能夠快速實現(xiàn)機械結(jié)構(gòu)方面的研發(fā)設(shè)計。我國化工機械設(shè)計人員為了降低化工機械設(shè)計的難度，利用了ANSYS軟件技術(shù)來提高我國化工機械設(shè)計水平。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，我國化工機械設(shè)計人員還需要進一步的提升自己的專業(yè)技術(shù)水平，不斷學習新的化工機械設(shè)計知識，為化工機械設(shè)計改革做出貢獻。

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