目前壓力容器設(shè)計(jì)方法中，基于彈性失效準(zhǔn)則的“規(guī)則設(shè)計(jì)”占據(jù)主導(dǎo)地位，也能夠解決絕大部分常規(guī)設(shè)備的設(shè)計(jì)任務(wù)，但隨著石油化工行業(yè)的發(fā)展，承壓設(shè)備越來(lái)越大型化和復(fù)雜化，在工程設(shè)計(jì)中，經(jīng)常會(huì)遇到結(jié)構(gòu)比較特殊，且缺少設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法的問(wèn)題。

壓力容器分析設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

近些年來(lái)，隨著數(shù)值方法尤其是有限元法的不斷發(fā)展和完善，基于有限元法和各種先進(jìn)設(shè)計(jì)理論的發(fā)展研究，“分析設(shè)計(jì)”作為力學(xué)理論與工程實(shí)際緊密結(jié)合的產(chǎn)物，代表了近代設(shè)計(jì)的先進(jìn)水平，在壓力容器行業(yè)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

• 其一，分析設(shè)計(jì)可以解決規(guī)則設(shè)計(jì)無(wú)法解決的問(wèn)題；
• 其二，分析設(shè)計(jì)采用更為符合實(shí)際的彈塑性失效準(zhǔn)則和塑性失效準(zhǔn)則，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，其先進(jìn)性在設(shè)備設(shè)計(jì)上的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在可將原本粗大笨重的設(shè)備進(jìn)一步的優(yōu)化，能大大減少設(shè)備材料浪費(fèi)，降低制造成本。

我國(guó)分析設(shè)計(jì)規(guī)范是在ASME Ⅷ-2基礎(chǔ)上建立起來(lái)的，并于1995年在全國(guó)開始實(shí)施，至今有限元應(yīng)力分析設(shè)計(jì)理念引入國(guó)內(nèi)已有近30年的時(shí)間，在這30年的時(shí)間里，分析設(shè)計(jì)在國(guó)內(nèi)得到了蓬勃的發(fā)展和應(yīng)用，主要原因在于：

• 石油化工行業(yè)的發(fā)展，越來(lái)越大型化的設(shè)備、復(fù)雜化的結(jié)構(gòu)、苛刻化的條件，規(guī)則設(shè)計(jì)的短板日趨顯著，使得分析設(shè)計(jì)的用武之地和在解決非常規(guī)問(wèn)題方面的優(yōu)勢(shì)性得到最大的體現(xiàn)和認(rèn)知；
• JB4732標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，在行業(yè)內(nèi)使得分析設(shè)計(jì)有了標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)可遵循，為分析設(shè)計(jì)的應(yīng)用指明了方向、劃定了規(guī)則；
• 大型有限元軟件的日趨發(fā)展成熟，在軟件入門、操作的簡(jiǎn)便性、結(jié)果處理的快捷性方面越來(lái)越友好、越來(lái)越工程化，大大降低了工程設(shè)計(jì)人員入門門檻和學(xué)習(xí)、操作的難度；
• 分析設(shè)計(jì)在工程應(yīng)用上解決了大量的問(wèn)題，也積累了大量的設(shè)計(jì)和使用經(jīng)驗(yàn)，這些經(jīng)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了分析設(shè)計(jì)相較于常規(guī)設(shè)計(jì)的優(yōu)越性，也不斷在豐富和完善著分析設(shè)計(jì)的理論體系和規(guī)范體系；
• 分析設(shè)計(jì)理論的越來(lái)越完善和先進(jìn)，結(jié)合行業(yè)不斷向前發(fā)展的趨勢(shì)，從業(yè)人員對(duì)于分析設(shè)計(jì)的認(rèn)知和理解有了很大的提高，無(wú)論是基于提高自身硬實(shí)力，或是想謀求更好的職業(yè)發(fā)展，或是想多賺點(diǎn)錢以改善生活，不可否認(rèn)的是，越來(lái)越多、不想躺平的從業(yè)人員都意識(shí)到分析設(shè)計(jì)對(duì)于自己的重要性，開始投身于分析設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)和取證。

正所謂“有人的地方才有江湖”，只有越來(lái)越多的從業(yè)人員投身于此，才能推動(dòng)分析設(shè)計(jì)在行業(yè)內(nèi)更為長(zhǎng)足的發(fā)展和進(jìn)步，將分析設(shè)計(jì)的理念發(fā)揚(yáng)光大。但任何事物都具有兩面性，與此同時(shí)，在工程應(yīng)用上也出現(xiàn)了一些令人不安的現(xiàn)象：

• 一些從業(yè)人員急于求成，只能說(shuō)是剛剛?cè)腴T會(huì)操作個(gè)軟件，對(duì)分析設(shè)計(jì)理論和有限元法的理解僅是一點(diǎn)點(diǎn)皮毛，但是已經(jīng)直接開始分析一些復(fù)雜的工程問(wèn)題，并且把分析的結(jié)果當(dāng)作是真實(shí)的結(jié)果，用來(lái)指導(dǎo)自己的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，潛伏著巨大的隱患；
• 職場(chǎng)上不乏有SAD審批資質(zhì)的從業(yè)人員，具備很深入的理論知識(shí)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)理解也很透徹，但是缺乏對(duì)有限元軟件的深入了解，甚至是自己從未用過(guò)有限元軟件，他們?cè)趯?duì)分析設(shè)計(jì)報(bào)告進(jìn)行審核的時(shí)候完全只能依賴于設(shè)計(jì)人員出具的文字報(bào)告，無(wú)法對(duì)設(shè)計(jì)人員真實(shí)有限元模型的計(jì)算結(jié)果做出正確判斷，這種情況下，如果設(shè)計(jì)人員的水平很欠缺，那么也會(huì)存在很大的風(fēng)險(xiǎn)。
• 職場(chǎng)上也不乏有從事分析設(shè)計(jì)多年的從業(yè)人員，有限元軟件用的很熟練，經(jīng)驗(yàn)也很豐富，但是忽視了對(duì)理論和標(biāo)準(zhǔn)的深入理解，造成了只會(huì)機(jī)械性的用軟件建模計(jì)算，而缺少了些融會(huì)貫通、優(yōu)化設(shè)計(jì)的靈活性。
• 分析設(shè)計(jì)的理論一直是在進(jìn)步和發(fā)展的，比如安全系數(shù)在降低，彈塑性分析手段逐漸登上舞臺(tái)，支撐分析設(shè)計(jì)理念的材料加工、制造、檢驗(yàn)等水平也在不斷提高。但相反的是，分析設(shè)計(jì)在一些從業(yè)人員的工程設(shè)計(jì)上似乎有越來(lái)越保守的趨勢(shì)，行業(yè)內(nèi)目前的一種狀態(tài)好像誰(shuí)對(duì)“分析設(shè)計(jì)”這四個(gè)字都可以脫口而出，然后一言不合就要分析設(shè)計(jì)，但是卻對(duì)分析設(shè)計(jì)最基本的理論和概念都不清楚。另一種極端狀態(tài)是，談“分析設(shè)計(jì)”色變，往往“一刀切”，凡是分析設(shè)計(jì)的設(shè)備，一下子把所有結(jié)構(gòu)、材料、制造、檢驗(yàn)的技術(shù)要求提高到最高，只恨不能將標(biāo)準(zhǔn)中的所有要求都列在圖紙上，造成采用分析設(shè)計(jì)的設(shè)備不僅沒(méi)能體現(xiàn)出其在節(jié)約材料、制造成本上的優(yōu)勢(shì)，相反卻變得更加笨重昂貴。

以上的論述，不可否認(rèn)的是分析設(shè)計(jì)的理論在不斷完善和向前發(fā)展，同時(shí)不容忽視的是分析設(shè)計(jì)在工程設(shè)計(jì)上似乎并沒(méi)有完全體現(xiàn)出其優(yōu)勢(shì)性，卻有不進(jìn)而退的隱患和趨勢(shì)。軟件的發(fā)展所帶來(lái)的貢獻(xiàn)毋庸置疑，但同時(shí)也需意識(shí)到，軟件的使用對(duì)于個(gè)人來(lái)說(shuō)也可能會(huì)變成一把雙刃劍，使用得當(dāng)，自然如虎添翼，過(guò)度依賴，也可能自食其果。需清晰的明白一切的設(shè)計(jì)都應(yīng)該基于理論分析，任何軟件只不過(guò)是一種輔助設(shè)計(jì)工具，是為我們所用來(lái)實(shí)現(xiàn)我們?cè)O(shè)計(jì)思路的，而不要忽視了理論基礎(chǔ)讓軟件反客為主，來(lái)指導(dǎo)我們做設(shè)計(jì)。

所以，學(xué)好壓力容器分析設(shè)計(jì)的核心永遠(yuǎn)是“分析”，而不是任何一款有限元軟件，這個(gè)“分析”中包括：

• 基于理論知識(shí)的分析（永遠(yuǎn)是第一位）；
• 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的理解和應(yīng)用（第二位）；
• 設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的積累與分析（第三位）；
• 軟件的熟練操作和靈活運(yùn)用（第四位）。

下面簡(jiǎn)單的分享幾個(gè)例子說(shuō)明在壓力容器設(shè)計(jì)中“分析”的重要性和核心地位：

案例1-基于理論知識(shí)的分析

1、問(wèn)題來(lái)源: 線性化后的薄膜+彎曲應(yīng)力竟然大于最大總應(yīng)力值？

問(wèn)：采用有限元計(jì)算一個(gè)模型，計(jì)算出來(lái)的最大總應(yīng)力值為250Mpa，而通過(guò)此最大應(yīng)力點(diǎn)定義路徑提取出線性化后的計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)薄膜+彎曲應(yīng)力的值為260Mpa＞最大總應(yīng)力值250Mpa。理論上是不可能的啊，軟件計(jì)算是不是有問(wèn)題啊，是不是計(jì)算有誤？

答：理論上來(lái)說(shuō)，薄膜+彎曲應(yīng)力值確實(shí)是不應(yīng)該＞總應(yīng)力值的；在力學(xué)模型、邊界條件和載荷條件均施加正確的前提下，軟件計(jì)算出現(xiàn)這種情況是正常的，那么為什么線性化后的結(jié)果會(huì)出現(xiàn)這種奇怪的現(xiàn)象呢？問(wèn)題又出在哪里呢？

2、原因分析：六應(yīng)力分量法存在的自身缺陷

等效線性化處理方法的基本思想來(lái)自材料力學(xué)和板殼理論中薄膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力（它們都是截面上的正應(yīng)力）沿截面均勻分布和線性分布的現(xiàn)象。由材料力學(xué)的知識(shí)可知：彎曲應(yīng)力沿截面的分布規(guī)律是線性分布的，而橫剪應(yīng)力沿截面的分布規(guī)律應(yīng)該是拋物線分布的，如下圖所示：

彎曲應(yīng)力的最大值在截面的上下表面處，在中面處為零；而橫剪應(yīng)力則恰恰相反，在上下表面處應(yīng)力值為零，在中面處應(yīng)力值最大，即彎曲應(yīng)力最大的表面處橫剪應(yīng)力為零，反之，在橫剪應(yīng)力最大的中面處彎曲應(yīng)力為零。所以在材料力學(xué)和板殼理論中強(qiáng)度校核都是嚴(yán)格的按兩步進(jìn)行：先校核表面處薄膜+彎曲應(yīng)力能否滿足強(qiáng)度要求，再校核中面處薄膜應(yīng)力+橫剪應(yīng)力是否滿足強(qiáng)度要求，這才是正確完整的校核步驟。而現(xiàn)用的等效線性化處理方法則忽略了這一基本思想，而是把6個(gè)應(yīng)力分量一視同仁，都作線性化處理并混到一起去計(jì)算應(yīng)力強(qiáng)度，這種一視同仁做法的結(jié)果就是：

原本沿截面拋物線分布且在上、下表面處本應(yīng)該為零的橫剪應(yīng)力按六應(yīng)力分量法線性化等效處理后變成了沿截面均勻分布的平均剪應(yīng)力，即在上下截面處人為的增加了虛假的剪應(yīng)力分量，而這個(gè)平均剪應(yīng)力按等效處理又被劃歸為薄膜應(yīng)力成分，這就最終導(dǎo)致了線性化后的薄膜應(yīng)力增大，進(jìn)而薄膜+彎曲應(yīng)力也相應(yīng)增大，甚至當(dāng)應(yīng)力分布曲線下凹時(shí)也會(huì)出現(xiàn)薄膜+彎曲應(yīng)力＞總應(yīng)力的奇怪現(xiàn)象，這將直接影響PL+Pb和PL+Pb+Q兩項(xiàng)應(yīng)力評(píng)定的準(zhǔn)確性。

案例2-對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的理解和應(yīng)用

1、問(wèn)題來(lái)源: SW6計(jì)算平蓋所需厚度為30mm，有限元計(jì)算需要20mm，那么平蓋厚度得減薄嗎？

本問(wèn)題針對(duì)的平蓋連接結(jié)構(gòu)如下圖所示。關(guān)于這個(gè)問(wèn)題，僅僅通過(guò)一個(gè)表面看似簡(jiǎn)單的問(wèn)題，就直接抓住了背后要考察的理論知識(shí)點(diǎn)，這種問(wèn)題是最能考驗(yàn)和反映出一個(gè)設(shè)計(jì)人員的基本理論功底和對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的理解程度的，下面對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析：

圖2-1 具有整體圓滑過(guò)渡段的平蓋與殼體連接型式

圖2-2 與圓柱殼連接部位不具有內(nèi)圓滑角的平蓋結(jié)構(gòu)

2、力學(xué)模型分析

目前150和4732標(biāo)準(zhǔn)中均是采用上述的力學(xué)模型進(jìn)行平蓋分析和確定結(jié)構(gòu)特征系數(shù)Ks進(jìn)行平蓋厚度計(jì)算的。而且前人的研究已經(jīng)證明：基于此力學(xué)模型采用經(jīng)典板殼理論公式計(jì)算出來(lái)的彈性名義應(yīng)力解析解與有限元計(jì)算的數(shù)值解能夠較好的吻合，說(shuō)明了此力學(xué)模型的合理性和工程可行性。

3、基于有限元計(jì)算應(yīng)力分類法的評(píng)定

如果按有限元建立上述力學(xué)模型計(jì)算并基于應(yīng)力分類法的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則對(duì)平蓋與圓柱殼連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)力評(píng)定的話，那么正常的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則需要按上圖紅色標(biāo)記處進(jìn)行分別進(jìn)行如下應(yīng)力強(qiáng)度評(píng)定：

• 在遠(yuǎn)離不連續(xù)區(qū)域的殼體上定義路徑進(jìn)行一次總體薄膜應(yīng)力的評(píng)定SI≤Sm；
• 在平蓋中心處進(jìn)行定義路徑進(jìn)行一次薄膜應(yīng)力+一次彎曲應(yīng)力的評(píng)定SⅢ≤1.5Sm；
• 在平蓋與殼體連接的不連續(xù)區(qū)域進(jìn)行局部薄膜應(yīng)力的評(píng)定SⅡ≤1.5Sm；
• 在平蓋與殼體連接的不連續(xù)區(qū)域進(jìn)行一次+二次應(yīng)力的評(píng)定SⅣ≤3Sm。

其中準(zhǔn)則（1）~（3）是保證結(jié)構(gòu)在靜載作用下的極限承載能力所必須的；準(zhǔn)則（4）是保證結(jié)構(gòu)在反復(fù)加卸載時(shí)安定性所必須的。按正常的應(yīng)力分類法的評(píng)定，如果平蓋厚度20mm在上述四個(gè)評(píng)定準(zhǔn)則下均合格，則此處有限元計(jì)算結(jié)果滿足標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力評(píng)定的要求，強(qiáng)度合格。

處便回歸到了本文中這個(gè)問(wèn)題考察的知識(shí)點(diǎn)的核心所在，雖然SW6計(jì)算需要30mm，但有限元應(yīng)力分類法計(jì)算只需要20mm厚，所以可以將平蓋厚度減薄到20mm厚，還省下了不少材料。但是事實(shí)是否如此呢？答案是否定的。如果忽略了標(biāo)準(zhǔn)中的這個(gè)知識(shí)點(diǎn)，真的將平蓋減薄到20mm厚，雖然為公司省了點(diǎn)錢，得到領(lǐng)導(dǎo)的夸贊，但是可能存在很大的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)閱渭兊陌瓷鲜龅膽?yīng)力分類法進(jìn)行平蓋的評(píng)定安全裕度不夠，是不夠安全的。

4、原因分析

為什么說(shuō)按上述有限元計(jì)算并基于應(yīng)力分類法進(jìn)行平蓋的分析計(jì)算是不安全的？原因在于：對(duì)于圓柱殼與平蓋連接的組合結(jié)構(gòu)，圓柱殼中的彎曲應(yīng)力不僅影響組合結(jié)構(gòu)的安定性，還會(huì)影響到其極限承載能力。因?yàn)椋?dāng)板殼連接部位的圓柱殼中彎曲應(yīng)力較大時(shí)，尤其是一次彎曲應(yīng)力，該處將很可能先出現(xiàn)塑性變形形成一圈塑性鉸，那么組合結(jié)構(gòu)可能會(huì)先于平蓋在此處發(fā)生破壞，所以較大的一次彎曲應(yīng)力會(huì)嚴(yán)重影響到平蓋與圓柱殼連接組合結(jié)構(gòu)的極限承載能力。對(duì)于上述評(píng)定：

• 準(zhǔn)則（1）評(píng)定的僅是圓柱殼的一次總體薄膜應(yīng)力SI；
• 準(zhǔn)則（2）評(píng)定的僅是平蓋的一次薄膜+一次完全應(yīng)力SⅢ；
• 準(zhǔn)則（3）評(píng)定的僅是連接處的局部薄膜應(yīng)力SⅡ，均未考慮和涉及到連接處一次彎曲應(yīng)力的危害；
• 準(zhǔn)則（4）評(píng)定的是一次+二次應(yīng)力SⅣ，雖然涉及到彎曲應(yīng)力的評(píng)定了，但其評(píng)定的是≤3Sm的安定性。基于上述分析，準(zhǔn)則（1）~（4）均未涉及到平蓋與殼體連接位置的一次彎曲應(yīng)力的評(píng)定，未考慮到一次彎曲應(yīng)力對(duì)連接部位極限承載能力的影響，所以采用上述應(yīng)力分類法（1）~（4）準(zhǔn)則來(lái)進(jìn)行評(píng)定是不安全的，存在很大風(fēng)險(xiǎn)。此時(shí)可能有人會(huì)說(shuō)，那么在連接位置再增加一個(gè)評(píng)定準(zhǔn)則，對(duì)連接部位進(jìn)行一次局部薄膜應(yīng)力+一次彎曲應(yīng)力SⅡ≤1.5Sm的評(píng)定，如果通過(guò)了就能確保此連接部位安全裕度足夠，理論上確實(shí)如此，但是我們也都知道有限元軟件無(wú)法劃分一次彎曲應(yīng)力和二次彎曲應(yīng)力，所以SⅡ用于此處很難較為準(zhǔn)確的評(píng)定，相反如果將彎曲應(yīng)力都當(dāng)作一次彎曲應(yīng)力按≤1.5Sm來(lái)評(píng)定的話，那又會(huì)顯得過(guò)于保守，造成材料的極大浪費(fèi)，因?yàn)樵谶B接部位有很大的二次彎曲應(yīng)力成分。所以標(biāo)準(zhǔn)中采用了塑性極限載荷分析方法代替了評(píng)定準(zhǔn)則（1）~（3），這就是極限載荷分析方法的優(yōu)越性吧，不涉及到應(yīng)力劃分的不確定性，所以更為準(zhǔn)確，同時(shí)采用評(píng)定準(zhǔn)則（4）來(lái)保證結(jié)構(gòu)的安定性。另外，標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于圖1和圖2結(jié)構(gòu)的考慮也是存在一定區(qū)別的，對(duì)于圖1結(jié)構(gòu)因?yàn)橛羞^(guò)渡圓角的存在，不會(huì)產(chǎn)生很大的二次應(yīng)力，所以只需按極限載荷分析的評(píng)定準(zhǔn)則來(lái)確定平蓋厚度即可；對(duì)于圖2結(jié)構(gòu)沒(méi)有過(guò)渡圓角，會(huì)產(chǎn)生較大的二次應(yīng)力，所以既要按極限載荷分析的評(píng)定準(zhǔn)則來(lái)保證極限承載能力，還需按準(zhǔn)則（4）來(lái)保證結(jié)構(gòu)的安定性。對(duì)于圖1和圖2結(jié)構(gòu)基于上述的準(zhǔn)則分別確定了結(jié)構(gòu)特征系數(shù)Ks的曲線用于工程中平蓋厚度的計(jì)算。由此可知，無(wú)論是150標(biāo)準(zhǔn)還是4732標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于平蓋厚度的計(jì)算原理本身采用的就是分析法的思想，所以綜上分析和理解，當(dāng)采用SW6計(jì)算圖1和圖2連接結(jié)構(gòu)平蓋厚度需要30mm時(shí)，而僅僅采用有限元計(jì)算并基于應(yīng)力分類法的評(píng)定準(zhǔn)則需要20mm時(shí)，不能夠?qū)⑵缴w厚度減薄到20mm，否則是不安全的，除非用有限元再進(jìn)行極限載荷分析計(jì)算，才能確保是安全的。

案例3-設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的積累與分析

1、問(wèn)題來(lái)源: 接管建模時(shí)到底要不要考慮法蘭的影響？

關(guān)于“建模中究竟是否需要建出接管法蘭并考慮法蘭力矩的影響”這一存在爭(zhēng)議的問(wèn)題。尤其是初學(xué)者在學(xué)習(xí)的時(shí)候看別人的分析報(bào)告，別人的分析報(bào)告是怎么寫的就跟著怎么做，往往也不會(huì)去懷疑和想這些問(wèn)題，畢竟人家都是這么做的。筆者就是如此，看過(guò)的分析報(bào)告中進(jìn)行有限元計(jì)算時(shí)都是不考慮接管法蘭的，至少我們這邊通用都是這么做的，當(dāng)然可以節(jié)省很多建模時(shí)間和網(wǎng)格數(shù)量，何樂(lè)而不為呢？但是要想在分析道路上進(jìn)階，必須得對(duì)一些原理性的問(wèn)題進(jìn)行深入了解。

2、原因分析

限于文章篇幅有限，本文僅列出部分結(jié)果供交流探討，關(guān)于原因的具體分析可查看桑如苞老師的論文：《帶法蘭接管的壓力容器圓筒大開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算方法》。

現(xiàn)將論文中最終得出的結(jié)論及進(jìn)一步衍生的結(jié)論匯總?cè)缦拢?/p>

• 接管法蘭和法蘭力矩對(duì)接管和殼體局部部分起一定的加強(qiáng)作用，接管越短加強(qiáng)作用越明顯，接管越長(zhǎng)則加強(qiáng)作用逐漸變?nèi)酢?/li>
• 略去法蘭模型的計(jì)算結(jié)果偏保守，且接管越短計(jì)算結(jié)果越保守。
• 法蘭厚度影響較小可忽略。
• 對(duì)于開孔率較小的小接管，因其自身剛度就較大，法蘭加強(qiáng)作用則顯得不明顯。
• 對(duì)于開孔率較大的大接管，如若殼體和接管厚度余量很小較薄，在壓力作用下本身產(chǎn)生的邊緣應(yīng)力比較大，法蘭的存在則會(huì)大大降低應(yīng)力值，加強(qiáng)作用明顯；如若殼體和接管厚度余量很大很厚，則其自身的剛度較大，本身開孔邊緣應(yīng)力就較小，加強(qiáng)作用則會(huì)減弱。

案例4-軟件的熟練操作和靈活運(yùn)用

網(wǎng)格劃分的一般技巧：網(wǎng)格劃分作為ANSYS分析設(shè)計(jì)前處理過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，一是對(duì)分析設(shè)計(jì)人員處理模型能力的檢驗(yàn)；二是網(wǎng)格質(zhì)量的好壞直接決定模型的計(jì)算時(shí)間和計(jì)算精度以及能否求解的問(wèn)題。因而，對(duì)于分析設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，掌握好網(wǎng)格劃分的技巧，提高對(duì)模型處理能力的水平，對(duì)于最終計(jì)算效率和計(jì)算精度的提升顯得尤為重要。

1、網(wǎng)格劃分通用步驟

• 步驟1：通過(guò)全局網(wǎng)格控制，對(duì)網(wǎng)格的劃分方法、種子尺寸等進(jìn)行初步的控制，有利于網(wǎng)格劃分，前提是基于一定的思考和經(jīng)驗(yàn)以及不斷的嘗試。
• 步驟2：一定要注意不同體的網(wǎng)格劃分順序，不同的劃分順序會(huì)導(dǎo)致截然不同的兩種網(wǎng)格質(zhì)量，總體來(lái)說(shuō)是先難后易，先復(fù)雜后簡(jiǎn)單的網(wǎng)格劃分準(zhǔn)則。
• 步驟3：通過(guò)局部網(wǎng)格控制精細(xì)化網(wǎng)格劃分，需要注意的一點(diǎn)是因不同體之間可能定義了不同的劃分準(zhǔn)則，需避免兩種控制準(zhǔn)則互相矛盾，導(dǎo)致部分體網(wǎng)格劃分出現(xiàn)沖突而無(wú)法劃分的情況。

2、如何將復(fù)雜模型全部劃分成可掃掠體？

• 分析1：首先是設(shè)計(jì)人員需要清楚的明白什么樣的體才是可掃掠體，基于這種基礎(chǔ)認(rèn)識(shí)，才能對(duì)一個(gè)復(fù)雜模型進(jìn)行分析和剖解，進(jìn)而才能知道哪些結(jié)構(gòu)出需要?jiǎng)澐謱?shí)體，這是根本和前提；
• 分析2：靈活巧用“Slice”功能，對(duì)于一些幾何形狀復(fù)雜的三維模型，需要先對(duì)模型有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)并進(jìn)行分析，要明確在哪個(gè)部位劃分實(shí)體可將體劃分為可掃掠的實(shí)體，之后通過(guò)“Slice by surface” “Slice by palne”等方法合理劃分實(shí)體，考驗(yàn)的仍是對(duì)掃掠體的認(rèn)識(shí)和模型的分析能力。

3、劃分網(wǎng)格時(shí)如何巧用“Slice”分割功能？

• 對(duì)于一些幾何形狀復(fù)雜的三維模型，分割操作的要訣是：在多有橫截面發(fā)生變化的位置都應(yīng)該進(jìn)行分割操作；
• 對(duì)于復(fù)雜應(yīng)力梯度區(qū)域且需要細(xì)化網(wǎng)格的部位，可以使用slice功能劃分出一個(gè)小區(qū)域，在這個(gè)區(qū)域上進(jìn)行網(wǎng)格大小的設(shè)置；
• 如果一個(gè)部件的不同區(qū)域具有不同的材料特性，就需要在材料變化處進(jìn)行分割，然后分別為其賦予不同的材料屬性；
• 如果一條邊或一條面的不同部分上具有不同的載荷或邊界條件，就需要在載荷或邊界條件變化處進(jìn)行分割操作，然后分別為其定義不同的載荷和邊界條件。

4、網(wǎng)格劃分順序？

• “先大后小”“網(wǎng)格劃分順序：先對(duì)大實(shí)體進(jìn)行網(wǎng)格設(shè)置和劃分，之后對(duì)與其節(jié)點(diǎn)共享的小實(shí)體進(jìn)行網(wǎng)格設(shè)置和劃分，在將大模型劃分出漂亮且規(guī)則的六面體網(wǎng)格之后，與之想匹配的小模型則更容易劃分出網(wǎng)格；
• “先難后易”“網(wǎng)格劃分順序：先將難劃分的模型劃分出合理規(guī)則的網(wǎng)格，對(duì)于容易的模型則更容易劃分出網(wǎng)格，并實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)共享；
• “先復(fù)雜后規(guī)則”“網(wǎng)格劃分順序：先將復(fù)雜的模型劃分出合理規(guī)則的網(wǎng)格，對(duì)于骨子額的模型則更容易劃分出網(wǎng)格，并實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)共享；

上述僅僅是網(wǎng)格劃分的一般技巧，真正在劃分網(wǎng)格的時(shí)候還存在很多技巧，正所謂技巧只有熟能生巧，只有真正操作的時(shí)候才會(huì)發(fā)現(xiàn)很多問(wèn)題并不是我們所想的那樣，本以為能劃分出很好網(wǎng)格的體卻劃分出質(zhì)量很差甚至?xí)霈F(xiàn)無(wú)法劃分的情況，所以親身操作和實(shí)踐才是最好的方法。