ASME压力容器仿真分析
只需要看看理想气体定律，工程师们就能很清醒的认识到与压力容器有关的危险。此外，从1905年马萨诸塞州锅炉爆炸事件中我们可以看出，如果没有适当的安全措施工程压力容器可以很快变坏并导致致命的后果。
ASME标准
所有这一切使得ASME开发了压力容器和锅炉必须满足的代码以确保安全。Adrian Jensen，一位工程预测资历较老的机械工程师，倾向于使用ASME第VIII部2的压力容器。他指出，这些容器在工程分析领域正变得越来越流行，它们很适合使用仿真来简化和优化分析。 表1：ASME第VIII部2压力容器分类
Jensen解释：“使压力容器Div.2和Div.1是非标准几何。如果你只是做一个不带有极端喷嘴或尖锐转变的丙烷罐，你可以做手工计算代码。但复杂的几何或复杂的加载需要遵循Div.2指南并且它在一个程序进行分析。”
他继续说道，“也许你没有复杂的容器，也许你不需要优化。但你还是需要一个先进的分析程序，你将需要使用有限元分析来证明该容器的抗震分析。”如此看来，无论你怎样设计，在获得ASME认证上的仿真都发挥重要的作用。 表2：ASME压力容器所需的建模和后处理
喷嘴焊接和Femap的API
Jensen使用Femap和API（应用程序编程接口）用于创建一个优化的压力容器。做这样一个压力容器你需要一个高质量的网格，准确的负载和有效的前后处理工具。Jensen说：“我们用大量的工作来建立几何和创建网格。让这些特殊的压力评估更为容易。” 图1描绘了截面通过一个喷嘴或其它壳体的渗透。它虽然使用板元素建模，但真正的结构将有额外的焊缝厚度。
图1：喷嘴焊接
Jensen解释说，“按照ASME指南，我们看的第一压力评估点是焊缝底部的压力。”他继续说道，“我们不恢复平面交叉口的压力，突出点需要你人为指定高压力点。”Femap可以让你摆脱这些不连续。在Femap中用户可以安置需要的节点来准确地研究应力。
“默认情况下我们得到板元素顶部和底部的压力。但（ASME）我们还必须看在中层和膜元素的压力。幸运的是，这些输出向量使用API很容易计算得到。我通常使用Femap工具来自定义应力强度计算器，”Jensen说。
学习Femap的API程序，Jensen建议最好是搜索目录并查看相似程序的代码。这样你可以学习这些程序是如何工作的（程序原理），并了解哪些代码对你是有用的。然后你可以根据需要混合或搭配在一起或自己设计。 API加速罐的填充
图2：压力容器充满液态氧
一种复杂的模拟是瞬态热分析的压力容器，如灌装罐。假设罐在室温下，从底部开始填充液氧，将会有两个同时瞬态热条件。
第一个瞬态热条件是温度随着时间改变，将会有一个通过厚度的温度梯度。第二个瞬态热条件是，液面随时间改变。并且与罐壁接触的流体沸腾这一情况是复杂的。Jensen说，“一个极高的传热系数，△T并不是那么大。但如果我们低于沸腾，我们得到非沸腾区域有较低的传热系数，比△T略高。”
“为了解决这个问题，”Jensen解释道，“我们需要有一个传热系数的函数和温度的函数，并且随着容器液体的升高，有一个“开关”的边界条件。” 工程预测首机械席工程师George Laird说，“在室温下，使用负355F的流体抨击底部的容器，以至于你能获得这些巨大的收缩和拉伸应力。”传统上为了执行这个分析，Laird解释说，你将原图中的温度曲线用NASTRAN软件加载并执行热应力。不幸的是，这只是一个时间步，你必须为每个时间步重复这个过程。
这就是为什么Laird和Jensen提出了一个不同的解决方案。Laird自夸道，“我们将这个过程分解成为90步15分钟（充填时间），加载在容器内侧和瞬态热分析的API地图结果将在全温度分布下产生90种结果。然后，当你在NASTRAN软件中只设置了一个约束时，不需要运行它90次，只是运行刚度矩阵击打负荷一次，你就能在5分钟内完成计算。” 疲劳分析
图3：压力容器的疲劳要点分析
一旦容器通过其初始负荷标准，它就必须在疲劳循环热力和机械负载下进行评估。Jensen补充道，“这项工作实质上是代数计算，包括有很多数值计算。所以API，电子表格和编程真的可以节省一些时间……当我们继续意识到，我们需要获得一些点，将处理大量的数据，这太过复杂了。所以我们开发了Fatigue Essentials来帮助我们组织数据和自动化程序。”
Fatigue Essentials是一个Laird和他的机械工程同事帮助指导工程师完成乏味的疲劳计算的程序。Laird的搭档Endeavor Analysis的首席工程师Brian Reiling补充道：“Fatigue Essentials的目的不是为了简化分析……这是为了得到答案的简化过程。通过创建一个流来引导用户做希望得到正确答案的正确事情……这一切虽然在一个Exce电子表格内就可以完成，但是我不认为Excel是一个很好的解决复杂的问题的用户界面。所以我们试图把这个放在一个用户友好的程序包来指导用户通过它减少错误的风险……程序包的背后是大多数航空公司做的疲劳分析，所以这不是一个淡化的答案。”
Jensen补充道：“最初进行压力容器疲劳分析，我们创建负载组合：液体固定负载，压力固定负载，液体和压力固定负载等。我们将不得不从这些组合中选择一个热点压力，找到最大压力范围的那个排列。因为即使我们使用所有的API和我们拥有的电子表格，我都将需要大约90分钟来计算，否则将失去我们的热点。所以开发了Fatigue Essentials，它是一个让你走上正轨的工具。”
Fatigue Essentials提供了一个直观的界面来管理复杂的分析如上述ASME Div.2例子。对于这些问题，传统的手工计算管理过于繁琐。
尽管Laird市场上刚刚发布了Fatigue Essentials，他建议你“避开软件的销售人员。做好你自己的工作，软件并不会解决你的问题。如何解决一个问题意味着理解其背后的物理学，并能够通过手做一阶近似计算，草图或经验。如果你不得不依赖软件解决你的问题，那么它可能意味着问题出在你身上，你不知道你正在做的事情……如果你没有正确的训练，你将更快地获得错误的答案。”这似乎是一个工程师对另一个工程师听起来像明智的建议。
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