浅析ANSYS技术在化工机械设计中的应用

宋亚婵

摘 要：科学技术的快速进步促进了我国化工机械制造行业的经济发展，我国化工机械制造领域已经在设计软件上取得了一定的成就，例如ANSYS软件技术、IDEAS软件技术等等。当前，我国化工机械制造技术在运用过程中，仍旧还存在着一些问题。因此，文章将对ANSYS软件技术在化工机械设计中的应用进行研究，从而促进我国化工机械设备的设计越来越完善，满足当前使用需求。

关键词：ANSYS技术；机械设计；化工机械；实践应用

中图分类号：TQ05 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）30-0148-02

1 概述

改革开放以来，我国通过引进国外先进的化工机械制造技术来促进我国化工机械制造行业的发展。到了二十一世纪，随着计算机技术的快速发展，人们对机械设备的性能要求变得越来越严格。由于化工机械设计较为复杂，研发人员为了更好的提升化工机械设备的使用功能，通过深入研究，开发出了一款能够应用于化工机械设计的ANSYS软件技术。ANSYS软件技术在很大的程度上改善了传统机械设计模式，给化工机械制造领域带来了新的改革和创新，为化工机械行业带来了新的发展路径。ANSYS软件技术是目前国际上使用的最多的一种化工机械软件技术。通过ANSYS软件技术能够使化工机械设计的效果变得更加直观，操作变得更加简便，还能够降低设计误差，缩短设计开发周期，我国化工机械技术已經在制造领域上得到了飞速的发展。

2 ANSYS软件技术在化工机械设计过程中的发展现状

ANSYS软件技术是由美国知名企业研发设计出来，这款软件在问世以后，得到了人们的大量关注。因为，ANSYS软件技术能够应用于石油化工行业领域、机械制造领域、土木工程领域等。该软件能够以多种数据形式来显示模拟效果，能够提供超过一百种的单元素，能够与互联网进行联通。此外，ANSYS软件技术还能够解决仿真类结构材料，结构动力和非结构动力的线性分析等等，因此，在机械设计领域上占据着重要的地位。

由于ANSYS软件技术在化工机械设计中有着非常明显的优势，因此，人们对于化工生产的机械设备性能上有着较高的要求。因为化工机械设计在设计过程中具备着一定的特殊性，对组件长短等有着极其严格的要求，此外，机械设计还会受到多种模组件的影响，因此，导致机械设计难度大，无法满足当前机械设计发展的使用需求。而ANSYS软件技术可以直接通过实体建模工具来实现虚拟建模和NC程序的设计，有利于提升机械设计的质量。此外，ANSYS软件技术在实际设计过程中，还需要选择Pro等软件来提高建模的质量，以此来增强构建模型的设计效果。此外，研发人员为了保证机械设计的质量和精确度，需要通过使用ANSYS软件技术实现组件的逻辑性关系和虚拟仿真装配方式的检验，如果在检验过程中出现了装配问题，那么研发人员需要对设计、后续修改提供修改的参数。由于化工机械设备使用的用途比较特殊，因此，研发人员还需要对机械设备的设计细节有着更高的要求。而使用ANSYS软件技术可以最大限度的降低设计误差，解决化工机械设备不匹配的问题。因此，我国化工机械设备研发人员需要积极的使用ANSYS软件技术来提升机械设备的质量，满足当前使用需求。

3 ANSYS软件技术在化工机械设计中的应用和分析

3.1 厚壁原筒几何模型的建设研究设计

（1）厚壁原筒几何模型的建立和计算

因为在化工机械设计过程中，化工压力容器和化工机械设备是我国化工机械行业主要研究趋势。因此，本文将采用ANSYS软件技术对化工机械设备和化工压力容器为研究案例进行分析和说明。由于ANSYS产品系列有七种结构分析类型，因此，本文选用了结构应力分析来计算厚壁圆筒受到的压力。由此可知，研发人员可以利用ANSYS软件技术建立几何模型，对化工机械设备的受力状况进行研究。首先，需要选择单元类型和定义常数，明确建立几何模型的材料属性。研发人员需要利用ANSYS软件技术对几何模块结构进行分析。由于厚壁原筒的内压较大，因此，研发人员需要选择PLANE2的二维平面单元来进行分析。由于不同的材料表示不同的材料属性，因此，在建立几何模型的过程，研发人员还需要划分网格的单元尺寸，对网格进行初步的调整，以此来保证网格的精确性。然后，研发人员需要对构建的几何模型的边界进行分析，经过研究分析得知，几何模型受到了内压、外压等压力，由于几何模型的荷载重力压力较小，因此，本文只针对圆筒的内圆荷载进行求解，以此来确定物体的荷载响应，保证施加的荷载的精确。因为，施加的内压对模型的影响较小，但是施加的外压力对模型的影响较大。最后，研发人员可以使用ANSYS软件技术对模型变形图进行求解，一旦求解成功，设计人员可以直接根据得出的模型变形图和节点等直线图找寻出盈利轨迹的线图和应力的分布趋势。

（2）计算结果分析和比较

由于厚壁原筒的模型为轴对称图像，因此，厚壁原筒的内压受力是均匀平稳的。研发人员可以直接使用ANSYS软件技术来计算出最大的变形量和节点位移图，经过计算得出最大的位移变形量为0.0582mm。然而，模型节点上的位移大小会直接随着节点的位移值的变化而不断变化，由此可知，最小的位移变形量为0.0479mm。因此，本文采用轨迹线图来表示径向应力和周向应力曲线的变化。通过Matlab6.5程序可以计算出双向应力的径向变化。综上所述，研发人员可以通过使用ANSYS软件技术来计算厚壁圆筒的融合度，有利于为压力容器的研发设计提供较为准确的精确数据。

3.2 模拟换热器内流体换热的研究设计

（1）ANSYS几何模型的建立和计算

由于模拟热换器的几何模型是矩形截面围绕中心轴旋转而成的，因此，本文将对矩形截面进行分析和说明。如图1所示。

系统研发人员可以直接利用ANSYS软件技术对模拟换热器设计过程进行研究和分析。因为，ANSYS软件技术能够分析二维和三维流体的流动情况，能够对FLUID141等单元进行多种流体的热交换器设计，研发人员可以直接选择模型单元，对每个几点的压力和单元的流率进行处理。此外，研发人员还可以对截取的上下两个部分表示的不同流体进行分流，以此来实现建模。然后，研发人员在进行换热器计算的过程中，需要注意边界条件的施加是否处于对称，管程气体的温度与进口速度是否为零。然后，研发人员直接利用ANSYS软件技术对模拟器的迭代次数进行计算，对温度方程和速度方程进行计算。通过保证迭代次数的数值范围来计算出收敛值，最后，研发人员再根据得出的迭代次数和收敛值来计算出换热器的速度和温度等值线。

（2）计算结果分析和比较

经过研究得知，模拟热换器的流体一旦进入到管口，液体经过一段时间的流转，流体会直接流向管中心，这样就会降低壁面的温度，保证流体的温度与实际温度一样，都为0。因此，一旦模拟热换器中的气体温度变化明显，那么流体的热交反应就会有着明显的变化，研发人员可以直接从走壳程的出口温度和流体的流速上观看出来。由于流体呈现抛物线分布，因此，环隙中央流体的流速最大，而内外壁的温度为0。

4 结束语

本文主要对ANSYS软件技术在化工机械设计过程中存在的作用进行了研究和分析。因为，传统的化工机械设计方式已经无法满足当前化工机械行业的发展使用需求，而ANSYS软件技术则能够快速实现机械结构方面的研发设计。我国化工机械设计人员为了降低化工机械设计的难度，利用了ANSYS软件技术来提高我国化工机械设计水平。由于ANSYS软件技术需要专业的人才才能够实现操作，因此，我国化工机械设计人员还需要进一步的提升自己的专业技术水平，不断学习新的化工机械设计知识，为化工机械设计改革做出贡献。

参考文献：

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