Содержание к диссертации
Введение
I. Литературный обзор 9
1.1 Характерные особенности работы трубчатых печей нефтепереработки и нефтехимии 9
1.2 Классификация трубчатых печей 10
1.3 Нагревательные печи для атмосферно-вакуумной перегонки (АВТ) 11
1.4 Змеевик трубчатой печи 14
1.4.1 Назназначение и особенности расположения змеевика в печи 14
1.4.2 Особенности конструкции трубчатого змеевика нагревательной печи 17
1.4.3 Выбор материала печных труб.20
1.5 Методы и средства диагностики труб змеевика 22
1.6 Особенности модернизации печных змеевиков 23
1.7 Методы моделирования в технологических производствах 24
1.8 Назначение расчета и его содержание 27
1.8.1 Типы и методы расчета 27
1.9 Обработка результатов 29
1.8 Выводы , 30
2 Объекты и методы исследований. предпосылки к созданию метода оптимизации змеевика 31
2.1 Структура и режимы течения двухфазных потоков 31
2.1.1. Гидродинамика двухфазных потоков в обогреваемых трубах 31
2.1.2 Структуры двухфазных потоков. Режимы течения 35
2.2 Статистический анализ дефектов печных труб, проведенный на НПЗ.. 39
2.3 Анализ долговечности печных труб 41
2.4 Оптимизация работы трубчатых печей. Реконструкция трубчатых змеевиков 43
2.5 Расчет равновесных систем. Процесс однократного испарения 45
2.6 Гидравлический режим и расчет потери напора в трубчатом змеевике 47
Выводы 54
3 Расчет координаты отбора паровой фазы 55
3.1 Выбор координаты отбора паровой фазы из змеевика 55
3.2 Характеристика продуктов и материалов, применяемых при исследованиях 56
3.3 Исходные параметры и характеристики исследуемой печи 59
3.4 Методика расчета координаты отбора паровой фазы 60
3.4.1 Принятые обозначения 60
3.5 Практическая реализация предложения 71
Выводы 72
Результаты проведенных расчетов 73
4. Оптимальное конструирование змеевика трубчатой печи 74
4.1 Характеристика материалов, применяемых для изготовления змеевиков трубчатых змеев и ко в 74
4.2 Характеристики длительной прочности стали 15Х5М 77
4.3 Прочностной анализ новых конструкций , 77
4.4 Расчетный анализ конструкции на прочность посредством программы ANSYS 78
4.4.1 Прочностной статический анализ 81
4.4.2 Исследование напряженно-деформированного состояния узла разделения фаз змеевика нагревательной трубчатой печи 82
4.5 Расчетный анализ конструкции трубчатого змеевика на механическую прочность посредством программы СТЛРТ 87
4.5.1 Термины и определения, используемые в программе СТАРТ 88
4.5.2 Методика решения. Расчетные формулы и соотношения 88
4.5.3 Исследование напряженно-деформированного состояния змеевика нагревательной трубчатой печи
Общие выводы 104
Список использованных источников 105
- Назназначение и особенности расположения змеевика в печи
- Гидродинамика двухфазных потоков в обогреваемых трубах
- Характеристика продуктов и материалов, применяемых при исследованиях
- Расчетный анализ конструкции на прочность посредством программы ANSYS
Введение к работе
В современных условиях развития нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности актуальной задачей становится повышение эффективности эксплуатации применяемого в отрасли топливоиспользующего оборудования, в особенности трубчатых печей, так как их стоимость достигает 25% от стоимости всей технологической установки. Трубчатые печи являются основным оборудованием технологических установок нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ). В связи с этим особую важность приобретает повышение надежности работы печи, которая определяется сроком службы (долговечности) трубчатых змеевиков, испытывающих в процессе эксплуатации значительные нагрузки и деформации, обусловленные воздействием высоких температур с одной стороны, и состоянием потока внутри труб с другой стороны.
Нагревательные печи являются важнейшим оборудованием любой технологической установки. В связи с этим их эксплуатации должно уделяться особое внимание, как с технологической стороны, так и с точки зрения материального оформления. При модернизации нагревательных печей необходимо учитывать конкретные технологические особенности процесса, а также состояние нагреваемого продукта в змеевике печи.
Актуальность работы: Углубление переработки нефти, увеличение производительности установок и повышение качества конечных процентов требует модернизации печей или замену их на более высокоэффективные, поскольку существующие мощности установок ограничены теплопроизводительностью нагревательного блока. Анализ показывает, что увеличение производительности большинства печей невозможно по причине отсутствия резерва повышения производительности по сырью. Это обусловлено образованием на конечном участке змеевика (участке испарения) большого количества паровой фазы. Поскольку отмеченное обстоятельство приводит к возрастанию линейных скоростей жидкой и паровой фаз, то оно определяет также повышенное давление на линии нагнетания сырьевого насоса (свыше 2 МПа).
Вопрос по изменению этих неблагоприятных обстоятельств уже рассматри-
'+
вался в диссертационной работе канд. техн. наук М.И.Баязитова «Повышение долговечности змеевиков трубчатых печей», где приведены результаты расчета нагревательной трубчатой печи, в качестве сырья для которой был взят фенол.
Цель и задачи
Цель - Обоснование возможности увеличения производительности нагревательной трубчатой печи без повышения давления на входе в змеевик путем промежуточного отбора паровой фазы.
Данная цель достигается путем отбора паровой фазы в расчетной точке Г змеевика АВ трубчатой печи и соединения его с основным потоком (на выходе из печи) по схеме, показанной на рисунке 1.
Удаление из точки F паров позволит снизить давление на входе в печь, поскольку при этом будет иметь место снижение линейных скоростей и увеличение эквивалентного сечения змеевика на участке FB.
Однако, в целях предотвращения разложения сырья необходимая скорость восстанавливается за счет дополнительного ввода продукта в змеевик, доведя давление на выходе из сырьевого насоса до значения в существующем варианте.
Данный прием при незначительных затратах (установка дополнительной линии для отвода паров) позволит увеличить производительность печи.
Схема предлагаемой организации потоков в печи
ЛШІИЧ FUJMte
В
Сырьевого
основний трубопровод
у-чмстьи нягргоа
участок испарения
Рисунок 1 Выбор координаты отбора паров производится расчетным путем с шаговым поиском согласно методике, приведенной ниже. Наиболее оптимальным является такое решение, при котором достигается максимальный прирост производительности.
Задачи
Проведение анализа методов теплового расчета в змеевиках трубчатых печей.
Определение оптимальной точки отбора паровой фазы для реального змеевика нагревательной трубчатой печи.
Оптимальное конструирование змеевика трубчатой печи при промежуточном отборе паровой фазы.
Научная новизна
В работе получены следующие новые результаты:
Определен участок змеевика печи, в пределах которого достигается наибольшая эффективность промежуточного отбора паровой фазы. Место отбора паровой фазы находится на расстоянии 0,9С от общей длины змеевика.
Показано, что степень стеснения деформаций змеевика в направлении вертикальной оси трубы не должно превышать 10 мм.
Теоретическая и практическая ценность работы
Теоретическая ценность работы заключается в изучении и научном обосновании применения метода промежуточного отбора паровой фазы из змеевика трубчатой печи с целью увеличения производительности установок.
Результаты расчетов оптимизации конструкции змеевика трубчатой печи при промежуточном отборе паровой фазы приняты ООО «Проектным институтом ВНЗМ» к использованию в работе по реконструкции действующих установок АВТ нефтеперерабатывающих заводов.
Методика исследования оптимизации конструкции змеевика трубчатой печи при промежуточном отборе паровой фазы используется в учебном процессе У ГИТУ при проведении теоретических и практических занятий по дисциплине "Машины и аппараты нефтегазопереработки" студентов специальности 17.17.00 «Оборудование нефтегазопереработки».
Назназначение и особенности расположения змеевика в печи
Наиболее ответственной частью печи является трубчатый змеевик. Его собирают из дорогостоящих горяче катанных бесшовных печных труб и печных двойников (ретурбендов) или калачей. Змеевик печи изготавливают из труб и двойников. В зависимости от технологического процесса в трубчатых печах применяют змеевики из труб различного диаметра от 60 до 219 мм со стенками толщиной от 6 до 15 мм. Длина труб достигает 18 м.
Технические условия на трубы змеевика, кроме общих требований и типовых технических условий на трубы данного класса, предусматривают допуски на длину, наружный диаметр, раз но стен н ость, овальность твердость на концах труб и указания по обработке концов труб. Двойники также изготовляют по техническим условиям на данные двойники. В них, кроме материала и термообработки, должны быть указаны допускаемые отклонения от расстояний между трубами, места расположения маркировки, способы устранения дефектов и методы замера диаметров отверстий под трубы и пробки.
Трубчатые змеевики целиком размещают в камерах радиации и конвекции печи, что позволяет лучше герметизировать топку и ликвидировать подсосы воздуха из окружающей среды.
Змеевики радиантных камер размещают по экранам в один или в два ряда. При размещении в два ряда трубы располагают в шахматном порядке.
Змеевик конвекции и дымоходы располагаются в верхней части печи, поэтому отвод продуктов сгорания топлива совершается с положительным эффектом самотяги при минимальных потерях напора [24]. В этих условиях даже невысокие дымовые трубы создают достаточную тягу.
На установках AT, АВТ, ВТ, где тепловой режим эксплуатации печей стабильный и температура нагрева сырья сравнительно невысока, с учетом коррозионных свойств нефти применяют трубы, обладающие достаточной теплоустойчивостью и не подвергающиеся интенсивной коррозии [31, 45].
Нагрев сырья в трубчатом змеевике происходит до 500-600С в зависимости от технологического процесса. Нефтяное сырье проходит по трубчатому змеевику с большой скоростью, благодаря чему обеспечиваются высокие коэффициенты теплопередачи. Малое время пребывания сырья в змеевике и небольшое количество этого сырья позволяют нагреть его до сравнительно высоких температур без заметного разложения [73, 74].
Находясь в зоне высоких температур в печи, трубы воспринимают большое количество тепла при значительном теплонапряжении и передают его продукту, проходящему внутри змеевика. В наиболее тяжелых условиях находятся трубы радиантпой секции змеевика печи. Известно, что радиация между поверхностями зависит от разности температур, качества материала и состояния его поверхности.
Все тепло радиации, излучаемое пламенем, воспринимается радиантпой поверхностью труб как непосредственно от пламени, так и будучи отраженным от кладки печи. При этом распределение тепловой нагрузки по окружности труб будет неравномерным [45]. Для труб потолочного экрана максимальная тепловая нагрузка будет приходиться на нижнюю образующую трубы. Боковые участки трубы, затененные соседними трубами, получают значительно меньшее количество тепла от радиации топочного пространства, а участки верхней образующей совсем не получат тепла от прямой радиации топки. Поэтому наблюдается неравномерное распределение температур в теле трубы и, как следствие, неравномерное расширение волокон и возникновение термических напряжений.
Вертикальная трубная система имеет ряд преимуществ: возможны простые конструктивные решения при создании практически любого числа сырьевых потоков. Потоки, направленные в отдельные трубчатые змеевики, могут пройти по змеевикам одинаковой конструкции и находиться в одинаковых рабочих условиях; узлы трубных опор работающих только на растяжение (изгибающие напряжения отсутствуют), размещены вдали от горелок, в зоне низких температур. Для их изготовления применяют недорогие материалы, что значительно снижает затраты на сооружение и эксплуатацию печей; К конвекционной же части змеевика печи, где передача тепла от дымовых газов омываемым ими трубами происходит равномерно по всей поверхности трубы, нет предпосылок для возникновения дополнительных термических напряжений. Наиболее часто на нефтехимических установках применяют печи с вертикально расположенными змеевиками [29]. Среди трубчатых печей встречаются виды с различным расположением змеевика, в частности горизонтальным, винтовым, но наибольшее распространение получило вертикальное расположение труб. вертикально подвешенные змеевики свободно расширяются и сжимаются с изменением температуры в печи, поэтому в отличие от печей с горизонтальными трубчатыми змеевиками здесь не наблюдается прогиб труб между опорами и трение в опорах; основной поток тепла радиации воспринимается, в первую очередь, трубчатыми змеевиками, поэтому слой огнеупорной футеровки не должен иметь очень большую толщину. Кроме того, вследствие пониженных температур футеровки и тепловой изоляции стенки уменьшаются тепловые потери, они составляют не более 2% от общего количества тепла, полученного от сжигания топлива, в то время как в других печах они достигают 5%; печью аккумулируется сравнительно небольшое количества тепла, что позволяет легко производить зонное регулирование и быстро улавливать оптимальный технологический режим при максимальном выходе целевых продуктов. Малая тепловая инерционность дает возможность оперативно останавливать печь в случае аварии или перед ремонтом.
Гидродинамика двухфазных потоков в обогреваемых трубах
В воде при обычных условиях находится нерастворенный воздух [12, 13]. При снижении давления и повышении температуры воздух начинает выделяться, образуя пузыри значительных размеров, иными словами, наблюдается переход однофазной системы (вода) к двухфазной (вода и газ). Первая основная фаза (вода) называется непрерывной, вторая (газ) - дискретной [18].
Газожидкостные потоки всегда имеют не только фиксированные внешние границы (стенки каналов, поверхности обтекаемых тел), но и внутренние поверхности раздела фаз [13]. На поверхности раздела возникают особые силовые, а при неизотермическом течении и тепловые взаимодействия. Эти взаимодействия сказываются на изменении полей скоростей течения, давлений, температур, концентраций при переходе от одной точки пространства к другой, отделенной от первой поверхностью раздела фаз. Во многих случаях на границах раздела фаз возникают скачки давления, температуры и вектора скорости течения [14,23].
Однокомпонентний двухфазный ноток в вертикальном или горизонтальном канале никогда полностью не стабилизирован. При течении двухфазного потока с подводом к нему тепла неизбежны потери давления, которые тесно связаны с режимом течения. Это говорит о большой сложности двухфазного течения с подводом тепла. Дополнительные трудности связаны с гидродинамической неустойчивостью и случайными отклонениями от термодинамического равновесия фаз [14,17].
Двухфазный поток парожидкостной смеси в канале с подводом тепла является потоком с переменной плотностью, если рассматривать его как одномерный. Если потери давления вдоль канала относительно невелики по сравнению с абсолютным давлением в системе, поток считается практически несжимаемым. Это означает, что плотность каждой фазы практически постоянна. Следовательно, изменение объемной плотности потока обусловлено фазовым переходом при кипении жидкости, движущейся вдоль канала. В процессе фазового перехода, т.е. увеличения паросодержапия, изменяются распределения фаз и скоростей, а также количество движения потока.
Специфической особенностью рассматриваемой среды является также и тот факт, что даже в случае, когда обе фазы практически можно считать несжимаемыми, газожидкостная система ведет себя как сжимаемая жидкость. Двухфазные течения характеризуются по распределению паровой (газовой) фазы (пузырей). Существуют три основных вида распределения: пузыри взвешены в потоке жидкости; капли жидкости взвешены в потоке пара; поток состоит из перемежающихся объемов пара и жидкости. Типичные комбинации этих видов распределений, возникающих в каналах, называются режимом течения. От режима течения зависят гидродинамические условия возле нагретой стенки канала, например, потери давления на трение, вид теплообмена и кризис кипения [13, 15]. Микроскопическую картину течения в непосредственной близости от нагретой стенки можно описать как течение в двухфазном пограничном слое. Макроскопическое влияние двухфазного течения на потери давления на трение выражают главным образом с помощью эмпирических со отношений. В обогреваемых трубах двухфазный поток представляет собой поток кипящей жидкости, состоящей из смеси жидкости и пара. Существуют различные режимы кипения [13]. Пузырьковое кипение характеризуется очень высоким тепловым потоком при малом перепаде температур. Кипение с недогревом - это пузырчатое кипение в недогретой жидкости, когда пузырьки, образующиеся у поверхности нагрева, частично вновь конденсируются. Кипение во всей массе - это пузырчатое кипение насыщенной жидкости; в этом случае образующиеся пузырьки не разрушаются. Кризисом кипения называется такой процесс, при котором пар образует изолирующую оболочку на поверхности нагрева, что приводит к повышению се температуры. Механизм неустойчивого кипения называется пленочным кипением или кипением в переходном режиме. Устойчивым пленочным кипением называется процесс, при котором на поверхности нагрева образуется устойчивая паровая пленка, а плотность теплового потока снижается до минимума. Движение двухфазного потока с подводом тепла отличается от режимов адиабатного или изотермического течения. В случае постоянного увеличения объемного паросодержания режимы течения кипящего потока, движущегося с большой скоростью вверх по нагреваемому вертикальному каналу, развиваются, как показано на рисунке 2.1. В обогреваемых участках труб по течению растет среднерасходная энтальпия потока, и после прохождения точки насыщения соответственно возрастает паросодержание. Когда температура стенки становится больше температуры легкой фазы потока (газа), пристенный слой жидкости кипит, и его паросодержание может быть значительным, при этом в кипящем пристенном слое возникает интенсивный массообмен с ядром потока.
На участке, где происходит кипение с недогревом, слой перегретой жидкости существует только вблизи стенки, тогда как основная масса жидкости может быть недогретой. Прилегающий к перегретой жидкости слой в котором зарождаются и растут пузыри, представляет собой двухфазный слой. В этом слое пузыри всех возрастов, или еще прикрепленные к стенке или уже увлекаемые потоком, находятся в процессе разрушения вследствии конденсации. Известно, что средний размер пузырей является функцией давления, и что толщина пузырькового слоя уменьшается с увеличением давления. Ядро потока недогрето до кипения, но в пристенном слое жидкость кипит, и паровые пузыри могут проникать даже в ядро течения, если скорость их конденсации в те или иные моменты времени меньше скорости парообразования. Эта область, переходная от зоны однофазного прогрева среды к зоне развитого кипения, является неустойчивой и может генерировать пульсации течения по всему тракту [19, 21].
По мерс прогрева ядра потока количество тепла, идущее на прогрев жидкости, снижается, и количество генерируемого пара соответственно возрастает. Скорость конденсации уменьшается, и абсолютное количество пара, конденсирующегося в единице объема потока, начинает падать несмотря на рост числа пузырей и их суммарной поверхности. Соответственно и температура воды в ядре потока приближается к температуре насыщения асимметрически, и о сечении, в котором начинается развитое кипение, можно говорить только условно.
При поверхностном кипении основной теплоперенос осуществляется конденсирующимся паром с паровыми пузырями. В этой области переносится небольшая доля тепла, и только в зоне развитого кипения основной теплоперенос осуществляется паровыми пузырями.
Характеристика продуктов и материалов, применяемых при исследованиях
Задачей экспериментального расчета данной работы является обоснование выбора координаты отбора образовавшейся паровой фазы из змеевика, что позволит снизить давление на входе в печь, повысив тем самым производительность нагревательной печи. Выбор координаты отбора паров производится расчетным путем с пошаговым поиском.
Разделение парожидкостного потока в печное змеевике основано на явлении сепарации фаз при их движении в криволинейном канале.
Единственной зоной, где можно реализовать указанный принцип - это отвод безретурбентного змеевика. Поскольку врезка каких-либо штуцеров в этих местах запрещена, то, приняв во внимание то обстоятельство, что парожидкостной поток, минуя криволинейный участок, не сразу стабилизируется точка отбора паровой фазы выбирается на расстоянии диаметра трубы змеевика от сварного шва соединения отвода с печной трубой, как это показано на рисунке 3.1.
Схема разделения фаз Разделение фаз происходит вследствие разности удельных весов жидкости и пара. При этом паровая фаза будет двигаться по внутреннему контуру, а жидкая -по внешнему. При нисходящем движении потока разделение становится более эффективным, так как к действию инерционной (центробежной) составляющей добавляется гравитационная сила (сила тяжести).
Объектом данного расчетного эксперимента были выбраны нефти Волго-Уральского региона России, что наиболее экономически выгодно для нефтяной промышленности Башкортостана. Целью исследования было получение ряда данных, необходимых для рационального планирования, эксплуатации и модернизации рассматриваемой установки, а также проектирования новых. Общие физико-химические характеристики нефтсй Вол го-Уральского региона представлены в таблице 3.1.
Среди нефтей Башкортостана необходимо выделить туймазинскую нефть, которая резко отличается большим содержанием серы (3,23%), большей коксуемостью (8,0%), меньшим выходом до 200С (16,5%) и до 300С (32%).
Сравнивая нефти восточной и западной части Башкортостана можно отметить следующее: основные нефти западной группы по сравнению с нефтями восточной группы имеют более низкие пределы плотности, содержат меньше серы и смолистых веществ [16].
Переработка нефтей, расположенных на западе Башкортостана, может быть направлена на получение компонентов автомобильного бензина, сырья для гидроформинга, дизельных топлив типа летнего, компонентов или кондиционных (после очистки) осветительных керосинов, а также индустриальных и авиационных масел.
Нефти Пермской области по своей характеристике нефти северной и южной части области различаются между собой в следующих отношениях: нефти центральной области по сравнению с нефтями южной части являются менее сернистыми (содержание серы соответственно 5,4-7,3% и 2,3-3,3%) . нефти южной части области по содержанию серы белее сходны с нефтями западной части Башкортостана, чем с нефтями центральной Пермской области.
Нефти Татарстана являются сернистыми (0,85-2,3% серы), смолистыми (5,5-13,0% силикагелевых смол) и парафиновыми (3-8% парафина). Плотность нефтей этого региона колеблется от р4 -0,859 до 0,888, средняя вязкость v30 от 6,50 до 8,30; V20OT4, 3) Все нефти Оренбургской области высокосернистые (содержание серы от 1,8 до 4,6%) и высокосмолистыс (смол силикагелевых от II до 21% и сернокислотных от 26 до 50%). Плотности нефтей колеблются от 0,853 до 0,894, содержание парафина в них - от 4 до 7%, т.е. все нефти являются высокопарафиновыми. На основе данных таблицы 3.1 можно выделить такие особенности рассмотренных нефтей данного региона: 1 —рассмотренные нефти Башкортостана, как и все нефти Вол го-Уральской региона, являются сернистыми (серы от 0,95 до 1,62%), высокосмолистыми (ас-фал ьтенов от 0,78 до 5,56%, смол силикагелевых от 4,16 до 12,23%; коксуемость от 1,8 до 5,85%) и парафиновыми (парафина от 3,54 до 6,51%); 2 - нефти отличаются небольшой вязкостью (V50 от 3,77 до 5,14; v2oOT 6,54 до 13,95) и относительно низкой плотностью (р420-0,8408-0,8548), что связано, в первую очередь, с большим содержанием бензиновых фракций; 3 - Выход фракций до 300С составляет от 39-43%.
Расчетный анализ конструкции на прочность посредством программы ANSYS
Конструкция должна обеспечивать сравнительную легкость сборки и разборки, доступность в ремонте [52, 55].
При конструировании в большинстве случаев необходимо учитывать температурные расширения в аппарате и проверять отдельные узлы на температурные напряжения или предусматривать возможность свободной деформации частей конструкции.
Перед вводом конструкции в эксплуатацию обязательно проводится испытании конструкции. Различают испытание на заводе-изготовителе и испытание при периодическом освидетельствовании конструкций. Обычно проводят гидроиспытание, но при трудностях удаления воды после испытания проводят пневматическое испытание на такое же пробное давление. После снижения давления до рабочего проводят осмотр и поверку плотности швов [57].
Сварку стальных конструкций следует осуществлять по разработанному технологическому плану, оформленному в виде типовых или специальных технологических инструкций, карт и т.п. механические свойства металла сварных соединений должны соответствовать требованиям ГОСТ 6996. Испытаниям на ударную вязкость подвергают металл стыковых или тавровых соединений с проплавлением кромок.
Прочностной анализ конструкций является, по-видимому, наиболее распространенным приложением метода конечных элементов. Термин конструкция относится не только к таким инженерным сооружениям, как мосты и здания, но также и к разнообразным деталям машин и аппаратов. Основными неизвестными, определяемыми во всех типах прочностного анализа конструкций, являются перемещения. Остальные величины - деформации, напряжения, усилия - вычисляются по этим узловым перемещениям. Этапы прочностного статического анализа конструкции и расчет напряженно -деформированное состояние отвода под действием внутреннего давления посредством программы ANSYS. В программе ANSYS доступны следующие виды прочностного анализа: статический анализ - вычисление перемещений, напряжений и т.д. в условиях статического нагружения; модальный анализ — определение собственных частот и форм колебаний; гармонический анализ - определение отклика конструкции на гармонические составляющие возмущающей нагрузки; динамический анализ - определение отклика конструкции на действие произвольной нагрузки как функции времени; спектральный анализ - расширение модального анализа для вычисления напряжений и деформаций при действии спектра частот или случайной вибрации; анализ устойчивости - расчет критических нагрузок и определение форм потери устойчивости. Кроме того, имеется возможность проводить специальные виды расчетов в области механики разрушения, прочности композитных материалов и усталостного разрушения. Большинство ANSYS-элементов предназначены для проведения расчетов на прочность конструкций - от простых балок и, стержней до многослойных оболочек и сплошных тел при больших деформациях. ANSYS - многоцелевой конечно-элементный пакет для проведения анализа в широком круге инженерных дисциплин (прочность, теплофизика, динамика жидкостей и газов и электромагнетизм). ANSYS является универсальным конечно-элементным пакетом, предназначенным для решения в единой среде (и на одной и той же конечно-элементной модели) задач: Препроцессор ANSYS позволяет создавать геометрические модели собственными средствами и импортировать готовые. Геометрическая модель в дальнейшем может быть модифицирована любым образом. Построение поверхностной, твердотельной и каркасной геометрии и внесение изменений осуществляется средствами геометрического моделера). Построение твердотельной модели возможно в ANSYS двумя путями и их комбинацией: при помощи набора готовых примитивов (как-то — параллелепипед, цилиндр и др.) и булевых операций над ними, либо последовательным иерархическим построением, начиная с опорных точек, далее линии, сплайны, и т.п. до твердого тела. Полностью автоматизированная процедура разбиения твердых тел на элементы произвольной геометрии производится посредством сеточного генератора. ANSYS использует набор различных решателей к каждому из типов анализа (статика — 6 типов, модальный анализ — 6 типов, и т.д.) с функцией программного автоподбора типа решателя в зависимости от типа и размерности решаемой задачи. Процедура типового расчета может быть разделена на три основных этапа: построение модели; приложение нагрузок (включая граничные условия) и получение решения; просмотр и анализ результатов. Построение модели включает в себя: задание типов элементов, которое определяет применимость элемента к той или иной области расчетов (прочностной, тепловой магнитный и электрический анализы, движение жидкости или связанные задачи); задание констант элементов; свойств материалов; создание геометрической модели. Задание нагрузок и получение решения представляет: выбор типа анализа, выбираемый на основе условий нагружения и реакции системы которую предполагается получить; приложение нагрузок, где под нагрузками понимаются как внешние и внутренние усилия, так и граничные условия в виде ограничений на перемещения; Затем предпринимается запуск на счет.
