第二版前言

對于本書的再版，我謹代表所有參編人員對廣大讀者表示誠摯的謝意。沒有大家的支持，沒有讀者的關注，我們也沒有這樣的機會來對書籍做一個修訂。在這里，特別要感謝HGBBS（www.hgbbs.net）論壇上熱心的讀者，xiaoxiao、2443725等還專門列舉了書中勘誤之處，從而為本書的修訂工作提供了極大的幫助，同時也非常感謝大家對本書提出的改進意見。事實上，我們也一直在努力按照大家的意見進行修訂工作，但是因為個人水平限制，可能有些方面做得不是特別好，還望大家見諒。

本書相比于第一版，其改動之處主要體現在下面幾處：

（1）對版本進行了升級，由原有的9.0版本升級到10.0版本，并對程序進行了調整。在這個過程中，我們也注意到由于版本的問題，對于某些APDL程序，例如補強圈與筒體接觸分析，原程序在9.0版本下可以順利運行，但在10.0下會出現編號錯誤的問題，因此希望讀者在運行程序的時候一定要注意與程序版本相對應。

（2）修改了原稿中的部分錯誤或者不當之處；對原版中部分非重點章節的內容進行了刪減，同時努力豐富原有例子的內容，例如疲勞分析章節，以便讀者有更深入的了解；增加了橡膠模型的相關介紹。

（3）考慮到壓力容器設計的特殊性，并且結合作者的工作實際，特別增加壓力容器設計概述的內容，為壓力容器設計分析提供更好的參考。

（4）對原有的結構進行了調整，以便讀者查詢與學習，同時增添了極限分析實例，適當擴充了分析設計實例，對Workbench在化工行業中的應用進行介紹，力圖將工程中涉及到的主要問題闡述清楚。

應廣大讀者的要求，對工程應用中的分析結果進行了相應的評價，這樣能更好地幫助讀者理解分析結果的含義，對實際的工程和科研具有更好的指導意義。

在修訂過程中，有讀者提到針對行業中的一些特殊設備進行分析，考慮到本書的主要目的是向大家講述ANSYS在化工領域的一些基本應用，將一些典型的問題加以剖析，而對于具體工程實例需要大家在學習書籍的基礎上進行升華與加工，因此本書沒有開展過多的實例介紹，還望大家見諒。

本次修訂工作第1～3章由內蒙古工業大學汪艷萍副教授負責，第4～6章及第10章由高炳軍負責，其余章節由余偉煒、王呼佳、陳洪軍負責，全書由姚新軍審定。另外吳志俊、江廣順、李強、萬雷、許志清、厲劍梁、董茜、殷世欽、王曉、郭敏、劉羽宇、黃茜、陳鯤、杜長城、余松、王斌、張勝、張賽橋、黃北軍、劉軍華、夏慧軍等參與了其中部分章節的編寫。

最后，再次感謝所有讀者的厚愛，感謝所有為本書再版做出貢獻的人。

作者 于 天津大學

2007年3月

序
第二版前言
第一版前言
緒論 1
第1章 ANSYS基本介紹 3
1.1 ANSYS軟件的主要功能 3
1.2 ANSYS 10.0軟件的新特性及新功能 5
1.3 ANSYS 10.0啟動與界面 6
1.3.1 系統要求 6
1.3.2 啟動與退出 7
1.3.3 認識ANSYS 10.0的操作界面 9
1.4 ANSYS 10.0文件系統 11
1.4.1 文件格式 11
1.4.2 對文件大小的限制 12
1.4.3 文件管理 13
1.5 ANSYS接口工具 15
1.5.1 IGES格式輸入 16
1.5.2 與Pro/E接口 18
1.5.3 與UG接口 19
1.5.4 與Parasolid接口 20
1.5.5 與CATIA接口 21
第2章 ANSYS基本分析技術 23
2.1 結構分析類型 23
2.1.1 結構靜力分析 23
2.1.2 結構非線性分析 24
2.1.3 結構動力學分析 25
2.1.4 結構熱分析 26
2.1.5 結構耦合場分析 26
2.2 ANSYS材料模型 27
2.2.1 材料應力應變關系 27
2.2.2 材料本構模型 28
2.2.3 材料本構模型組合 34
2.3 ANSYS單位制分析 35
2.4 ANSYS基本分析過程 37
2.4.1 理解有限元 37
2.4.2 ANSYS分析舉例 37
第一篇 ANSYS在化工容器中的應用
第3章 應力容器分析設計 44
3.1 壓力容器設計解決方案 44
3.2 壓力容器及其分類 45
3.3 強度理論 45
3.3.1 材料的破壞形式 45
3.3.2 基本強度理論 46
3.4 應力分類 47
3.4.1 應力分類 47
3.4.2 應力強度評定方法 48
3.5 分析報告模式 50
第4章 壓力容器不連續區應力分析 52
4.1 高壓容器筒體與封頭的連接區的應力分析 52
4.2 壓力容器開孔接管區的應力分析 61
4.3 支座支撐區應力分析 71
第5章 壓力容器穩定性及極限載荷分析 84
5.1 概述 84
5.1.1 失穩分析 84
5.1.2 極限載荷分析 85
5.2 外壓容器的失穩問題 86
5.3 壓力容器的局部失穩問題 97
5.4 極限載荷分析 108
第6章 壓力容器分析設計 114
6.1 加氫反應器裙座支撐區的機械應力分析 114
6.2 加氫反應器裙座支撐區的熱應力分析 128
6.2.1 溫度場分析 128
6.2.2 熱應力分析 135
6.3 加氫反應器裙座支撐區的熱應力評定 138
6.4 內壓及接管彎矩作用下橢圓封頭中心接管應力分析 149
第7章 壓力容器中的接觸分析 156
7.1 法蘭連接中的接觸分析 156
7.2 O形密封圈回彈性能試驗模擬 169
7.3 補強圈與筒體間接觸特性分析 183
第二篇 ANSYS在化工設備中的應用
第8章 塔設備分析 204
8.1 模態分析 204
8.2 風載荷動力響應分析 219
8.3 地震載荷動力響應分析 226
第9章 儲存設備分析 235
9.1 球罐在風載荷下的動力響應 235
9.2 球罐在地震載荷下的動力響應 264
9.3 球罐在雪載荷下的應力分析 268
第10章 換熱設備分析 271
10.1 固定管板換熱器的機械場應力分析 271
10.2 固定管板式換熱器的耦合場分析 285
第三篇 ANSYS的高級分析技術
第11章 ANSYS優化設計 302
11.1 優化設計概述 302
11.1.1 優化設計理論 303
11.1.2 優化設計基本概念 304
11.1.3 優化設計過程與步驟 306
11.1.4 優化設計注意事項及建議 313
11.2 壓力容器壁厚優化設計 314
11.3 換熱器封頭管箱線性變厚度段參數優化分析 327
第12章 結構可靠性分析 341
12.1 結構可靠性概述 341
12.1.1 結構可靠性分析相關概念 342
12.1.2 可靠性分析過程與步驟 344
12.2 高壓球形容器強度可靠性分析 346
12.3 塔設備裙座支撐區可靠性分析 358
第13章 疲勞分析 373
13.1 疲勞分析 373
13.1.1 疲勞分析的相關概念 373
13.1.2 疲勞分析過程 374
13.2 平板封頭與筒體連接區的疲勞分析 380
13.3 吸附塔的疲勞分析 384
第14章 ANSYS其他高級技術應用 399
14.1 APDL參數化設計語言 399
14.1.1 APDL參數化設計語言的主要概念 399
14.1.2 APDL應用實例——渦旋壓縮機渦盤建模 403
14.2 子模型 409
14.2.1 子模型技術概述 409
14.2.2 帶局部夾套臥式容器的應力分析 413
14.3 單元生死 422
14.3.1 單元生死的主要概念 422
14.3.2 單元生死特性的使用 423
14.3.3 單元生死的控制 425
14.3.4 單元生死在焊接過程中的應用 426
14.4 法蘭結構螺栓裝配分析 446
14.4.1 Workbench概述 446
14.4.2 模型調入 449
14.4.3 加載求解 449
14.4.4 結果后處理 454
14.4.5 FE Modeler模塊中的有用信息 455
參考文獻 459本書是一本關于大型有限元軟件ANSYS在機械及化工領域工程應用實例解集，其工程背景深厚、內容豐富、講解詳盡，針對每一具體實例，均按照圖形用戶界面和命令流兩種方式進行分析和講解，適用于不同的讀者群。
本書分為三部分，分別為基礎部分，工程應用部分和高級分析部分。基礎部分對ANSYS的基礎理論加以介紹，包括單元、本構模型等知識內容。工程應用部分是根據化工機械領域實際工程應用或研究而設置的相關例題講解，按照機械、化工設備領域傳統的分類方法，分為ANSYS在機械與化工容器中的應用以及在化工設備中的應用兩篇。高級分析部分包含ANSYS優化設計、疲勞設計以及結構可靠性分析、Workbench等諸多高級功能在機械、化工設備設計中的分析應用。本書還對有限元分析結果進行了相關的評價，這樣能更好地幫助讀者理解分析的意義，并迅速應用到工程和科研的實踐中去。
本書特別適用于機械及化工裝備專業的高年級本科生、研究生和工程技術人員，可以作為學習掌握ANSYS軟件的參考教材。
在閱讀本書時，讀者可以到中國水利水電出版社網站（http://www.waterpub.com.cn/softdown/）下載本書配套的命令流文件，方便上機聯系，以便盡快掌握工程實際問題的分析過程和步驟，提高學習效率。

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