立足ASME設計規范，同時兼顧GB-150和JB-4732壓力容器設計規范。筆者基于ANSYS Workbench 2022R1開發了《壓力容器應力分析項目實戰全流程進階16講》，通過大量的理論和工程實例講解，使學員在較短時間內全面而深入的掌握ANSYS Workbench在壓力容器行業的使用方法，

一、管板換熱器熱與機械應力分析

首先展示一個經典案例：管板換熱器熱應力+機械應力的仿真分析流程。主要包含材料定義、網格劃分、分析設置、溫度場分析、熱應力+機械應力分析等。

1、材料定義

本次分析所用的材料如下圖所示，因為是熱應力+機械應力分析，所以需要定義材料的熱性能參數和機械性能參數。

2、網格劃分

管板換熱器結構需要在幾何處理環節進行簡單的切分，才能劃分為純六面體網格。網格劃分設置和網格外形如下所示。

3、分析設置

管板換熱器的溫度場分析和應力分析如下圖所示。左側為溫度場的分析條件，右側為熱應力+機械應力的分析條件。

4、溫度場分析

管板換熱器的溫度場分析結果如下圖所示。

5、熱應力+機械應力分析

管板換熱器的熱應力+機械應力分析結果如下圖所示。

二、分析設計已經是行業內共識

壓力容器的分析設計比常規設計更細致，更科學，對材料的應用也更合理，但也更有難度和挑戰。

（1）分析設計越來越普遍。可預見，在不久的將來，分析設計不再是一項高級技術，而是一種與常規設計可相互替換和補充的設計方法，每個設計人員都應該掌握。

（2）設計規范和有限元分析軟件的融合。目前分析設計絕大部分采用有限元軟件完成，但規范對如何運用有限元軟件進行壓力容器及其元件的設計和評估并未給出詳細的指導。

（3）有限元分析軟件功能強大而復雜。有限元軟件具備豐富的單元類型、網格劃分功能、邊界條件設置、后處理操作等。軟件功能強大并且技術更新快，要對其熟練掌握，無疑有一定難度。

（4）有限元分析的正確性由設計者負責。這就要求分析設計人員既要對設計規范有充分的認知，理解規范條款的理論基礎和來源；也要了解有限元理論知識，熟悉有限元軟件的使用。

三、分析設計教程圖書現狀

相比常規設計，分析設計對工程師有更高的理論要求。行業內一致高度認可的理論教材當屬：李建國老師編著的《壓力容器設計的力學基礎及其標準應用》。李老師的書深入淺出，既適合基礎薄弱的分析設計新手，也能啟發分析設計的老司機。但是，該書出版于2004年，不能體現近二十年來壓力容器的理論發展。

在分析設計軟件工具的應用方面，目前是ANSYS Mechanical一家獨大，這得益于ANSYS在壓力容器行業推廣最早。所以市面上關于分析設計最多的是ANSYS軟件的教材。截止目前，市面上依然以ANSYS經典界面教材為主，其中不乏精品；但是，Workbench界面教材不多見，仍需繼續提供。

ANSYS經典界面是上個世紀的產品，界面設計落后，并且在幾何處理和網格劃分上全面落后于Workbench界面。Workbench經過二十年來的發展，界面友好，功能強大，操作簡便，學習門檻低，使用效率高，已經成為ANSYS結構分析最主流的產品，ANSYS經典界面事實上已經處于被淘汰的邊緣。

在ANSYS經典界面教材方面，欒春遠老師出版了多本。

余偉煒老師和王澤軍老師的ANSYS經典界面教材也非常經典。

在Workbench界面教材方面，欒春遠老師兩年前出版了一本，許京荊老師2010年出過教程，質量還可以，但篇幅精簡，可能落后于Workbench界面十多年的發展。

沈鋆老師分別于2014年和2016年出版過相關書籍，但只在部分章節粗略的介紹了Workbench界面在壓力容器行業的應用，可能不足以讓讀者掌握Workbench界面的應用。

編輯：黃飛