关于shell单元不同偏移面关于shell单元不同偏移面

在压力容器非标设计过程中，往往要用到软件对设备进行有限元分析得到，计算出其应力场和位移场，以便更好指导和促进非标设计的进行。在非标设计过程中shell单元和solid单元都是常用的单元，对于采用不同的单元就会有不同的建模方式，下面采用一种简单的构件进行模拟，采用单变量法进行计算对比，最后得出一系列的结论。

其具体尺寸如上图所示：球形封头厚度为10mm，半径为150mm，筒体部分的长度为150mm，厚度为18mm.内部受3Mpa的均布压力.对该构件进行三种方案的模拟，最后分析结果，得出结论。

一、实体有限元模型及参数

（1）有限元模型对比

（2）具体参数如下表所示

（3）网格划分方式如下表所示：

二、约束与加载

约束与加载对比图如下图所示：

分别都是加载3Mpa的内压力。周边加对称约束。

三、计算及计算结果分析

（1）位移云图对比：

通过以上对比易知：位移的最大值都是在0.17mm左右，其中以（1）方式最大，达到0.18mm，而以中面方式建模最小达到0.16mm。

（2）应力强度云图对比

通过以上对比，易得知，最大应力基本相当在30Mpa左右，与理论计算数据相接近，其中以中面建模方式得到的应力峰值最小为25Mpa，而以top面建模方式得到的应力峰值最大为37Mpa。

其局部放大图如下图所示：

四、结论

经过以上比较易得出以下结论：

在遇到计算模型处理时，若是能采用实体建模则尽可能地采用实体建模，因为实体建模能更真实地接近真实问题。当然如果遇到复杂结构时则可采用shell，beam，link等简化单元来模拟计算。

通过横向对比得知，采用top建模时是很接近实际情况的，但是其应力峰值、位移峰值却都是最大的，对此的猜想，作者认为是由于非等厚连续区出现应力集中地厉害程度很大而导致的峰值应力过高。

通过纵向对比，易得知应力强度云图的应力值大于mises应力云图的应力值，其主要原因是应力强度依据的是第三强度理论，而Vonmises应力是依据第四强度理论，对比其等效应力公式：

第四强度理论更接近于真实值，但是反言之，当采用第三强度理论进行校核时，显得更偏于安全。

（作者单位：河南油田新闻中心）

作者简介：王建明（1959.12―），男，山东人，（汉）族，大专学历，河南南阳油田新闻中心机械助理工程师，研究方向：机械电子。