在压力容器设计与制造领域，受力分析是确保设备安全运行的核心环节。随着SolidWorks（SW）软件在工程领域的广泛应用，结合中国GB 150《压力容器》等标准要求，利用SW进行压力容器的受力分析已成为工程师的必备技能。本文将详细介绍如何通过SW软件完成压力容器的建模、载荷施加与结果验证，并重点说明符合中国规范的关键操作步骤。
一、前期准备：模型建立与材料设定
首先，需根据设计图纸在SW中建立压力容器的三维模型。对于典型结构如筒体、封头、接管等，建议采用参数化建模方法，便于后续修改。材料属性需严格参照GB/T 150.2-2011《材料》章节，例如Q345R钢材的弹性模量设为206GPa，泊松比0.3，屈服强度345MPa。在SW材料库中自定义材料时，需额外输入设计温度下的许用应力值，确保与标准匹配。
二、载荷与约束条件设置
根据TSG 21-2016《固定式压力容器安全技术监察规程》，分析需覆盖设计压力、液柱静压力及外部机械载荷。在SW Simulation中，通过“外部载荷”模块施加内压（如1.25倍设计压力），接管部位需考虑法兰螺栓预紧力等效载荷。约束条件应模拟真实工况：筒体底部设置为固定约束，封头与筒体连接处采用“对称”边界条件，接管区域添加弹性支撑模拟管道反力。
三、网格划分与求解控制
针对薄壁结构（厚度/直径≤1/10），建议采用壳单元划分网格，厚度方向至少3层单元。应力集中区域（如开孔周围）需进行局部网格细化，节点间距控制在壁厚的1/2以下。根据NB/T 47041-2014要求，设置非线性求解器以考虑几何大变形效应，迭代收敛精度设为0.5%以内。对于高温工况，需启用热-结构耦合分析模块。
四、结果分析与合规性验证
计算完成后，需按照JB 4732《钢制压力容器—分析设计标准》评估结果：1）总体薄膜应力不超过许用应力；2）局部峰值应力需满足3倍许用应力限制。在SW后处理中，通过“截面剪裁”功能检查筒体环向应力分布，使用“探测”工具量化接管拐角处的应力强度。特别注意比较SW计算结果与GB 150公式法结果的偏差，若超过10%需复核模型假设条件。
五、工程案例与常见问题
以某DN2000反应釜为例，设计压力2.5MPa，采用SW分析发现封头过渡区出现345MPa的等效应力，接近材料屈服点。通过增加过渡圆弧半径至3倍壁厚，应力值降至280MPa，符合标准要求。实践中需注意：SW默认的米塞斯应力准则不适用于脆性材料，铸铁容器应改用最大主应力判据；对于外压工况，必须进行屈曲分析而非静力计算。
六、注意事项与标准衔接
根据《压力容器定期检验规则》，分析报告需包含材料证书编号、网格独立性验证数据及载荷组合说明。SW生成的应力云图必须标注比例尺和应力单位，关键部位应导出详细数据表。需特别注意中国标准对焊接接头系数的特殊要求，在模型中需通过折减材料属性的方式体现（如将焊缝区弹性模量乘以0.85）。
通过以上步骤，工程师可系统掌握SW在压力容器分析中的应用要点。需要强调的是，软件分析必须与标准规范、工程经验相结合，对于Ⅲ类压力容器，计算结果必须由持证设计审批人员复核确认。随着GB/T 36478-2018《过程工业数字化设计指南》的实施，SW分析正成为压力容器智能化设计流程中不可或缺的技术手段。
