基于ANSYS Workbench稳定性分析的大型真空容器优化设计.pdf

第41卷第5期机械设计Vol.41No.5

2024年5月JOURNALOFMACHINEDESIGNMay2024

基于ANSYSWorkbench稳定性分析的大型真空容器

优化设计*

段成红，吴港本，罗翔鹏

（北京化工大学机电工程学院，北京100029)

摘要：真空容器是石油、化工等行业中常见的设备之一，与内压容器不同，真空容器往往发生的是稳定性破坏。文中

首先采用有限元软件ANSYSWorkbench对DN22000mm的真空容器进行了特征值屈曲分析，结果表明：其外压承载系

数为17.427,远大于外压安全系数2.5。进而采用ResponseSurfaceOptimization模块对该真空容器进行优化设计，分

析了外压承载系数、容器质量随穹顶壁厚和筒体壁厚的变化规律，以及外压承载系数、容器质量、应力随穹顶辐射筋数

量的变化规律。最终确定穹顶壁厚取20mm、筒体壁厚取22mm、穹顶辐射筋取16个，优化后结构较最初结构质量减

小了83140kg，减小了17.02%，并且稳定性满足ASME规范要求，实现了容器轻量化的设计目标，从而显著降低制造

成本。

关键词：大型真空容器；特征值屈曲；响应面优化；轻量化；ANSYSWorkbench

中图分类号：TH49文献标识码：A文章编号：1001-2354(2024)05-0029-05

OptimizationdesignoflargevacuumvesselbasedonANSYS

Workbenchstabilityanalysis

DUANChenghong,WUGangben,LUOXiangpeng

(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering,BeijingUniversityofChemicalTechnology,Beijing100029)

Abstract:Thevacuumvessel,asacommonequipmentinpetroleum,chemicalandotherindustries,oftensuffersstability

failure,whichisdifferentfromthoseinternal-pressurevessels.Inthisarticle,firstly,theanalysisisconductedonthe

DN22000mmvacuumvesselseigenvaluebucklingwiththehelpofthefinite-elementsoftwareANSYSWorkbench.Theresults

showthattheexternal-pressurebearingcoefficientis17.427,whichismuchgreaterthantheexternal-pressuresafetyfactorcoeffi-

cientof2.5.Then,theResponseSurfaceOptimizationmoduleisusedtooptimizethevacuumvessel;effortsaremadetoexplore

thevariationrulesoftheexternal-pressurebearingcoefficientandthevesselmasschangingwith