SolidWorks Simulation在液化石油气罐有限元分析中的应用

    液化石油气罐在石油天然气行业使用十分广泛，因其工作环境恶劣，所以设计和安装的要求相对较高。

    目前，CAD/CAE技术飞速发展，已经形成了相互渗透的状态，设计验证技术应运而生，其中有限元法是该领域常被采用的一种计算方法，是一种求解关于场司题的一系列偏微分方程的数值方法，已在工程领域得到非常广泛的应用。

    本文笔者首先建立三维模型，然后采用有限元分析法模拟液化石油气罐的工况，对其机构刚度进行校核，以验证结构是否满足实际工作情况。

一、气罐的结构和工况简介

    液化石油气罐主要是由支柱、拉杆、赤道板、极边板、极侧板、基础滑板及紧固件等组成，产品如图1所示。在工作时，气罐内部石油被点燃，生成直径约800mm的火焰柱，烟气温度达到660℃，要分析此温度下罐体的刚度强度情况。同时，外界环境有风载，风载大小300Pa，需予以考虑。因此，需要做热力学分析，考虑产生的热应力对结构的影响，把热分析的结果作为条件加载到静力分析中进行计算，得出结论。

图1 液化石油气罐

二、有限元分析仿真

    Simulation是与完全集成的设计分析一体化软件，操作方便，易学易用，简单直观，普通产品设计工程师就可以用其进行分析，并迅速得到结果，及时发现司题所在。Simulation可以分析从简单到复杂的零件和装配体，其提供的模块能够进行强度分析、热分析、疲劳分析、频率分析和非线性分析等。

    1.有限元分析的基本步骤

    不管项目多复杂或应用领域多广，无论是结构、热传导，还是声学分析，对于不同物理性质和数学模型的问题，有限元求解的基本步骤是一样的，主要分为三个基本步骤前处理、求解及后处理。Simulation的实际应用分析思路遵从以下基本步骤：前处理→创建算例→应用材料→添加约束→定义连结→施加载荷→划分网格→运行分析→观察分析结果。

    2.前处理

    如图2a所示是建好的液化石油气罐的三维模型，在分析时对模型进行了简化和理想化。液化石油气罐本身是由多块赤道板焊接而成，将其理想化成一个球体；拉杆、基础滑板等对罐体本身强度的影响不大，简化去掉；一些对罐体强度影响不大的孔可以忽略，对一些小零件同样适用这一原则。处理后的模型如图2b所示。