压力容器应力分析设计从入门到精通

　　没有一本书或者一门课程能够囊括工作中所需要的全部技术细节，因此工程师需要阅读大量专业资料，本文推荐一些不错的专业书。

　　1. 李建国，压力容器设计的力学基础及其标准应用。

　　李建国老师是95版JB4732编制者之一，之前也是分析设计员培训的老师，这本书原本是压力容器分析设计员培训教材。书早已不再出版，培训班也不发了，但是很经典了。此书侧重基础与概念，公式推导比较少，通俗易懂。这本书是十分难得的专门教材，有练习题，建议必做。书里面的很多内容在理论考试和作业答辩中都会出现，作为工程师需要对这本书做到烂熟于心。

　　这本书里面的理论不大可能一遍全部搞明白，比如里面的一次结构法，大多数人根本不会用，甚至有的人觉得根本没用，这个不奇怪。即便身边有这方面的专家给你讲解，一遍也很难全部理解。分析设计属于工程力学的板壳力学与计算力学方向，我们不是工程力学专业的，基础不够。

　　这里推荐一下丁伯民教授的美国压力容器规范分析－ASME Ⅷ-1和Ⅷ-2，这本书是1995版，最新版是2018版，叫ASME Ⅷ 压力容器规范分析 修订版。推荐旧版是因为早期版本讲的比较详细，好理解，后来版本反而没那么详细了。多听听不同人的讲解，虽然总体一致，但有时就是一种听不明白，换个人讲就能明白，细节表达不一样。

　　分析设计比较难的一点在于各位专家对一些问题的理解不同，并没有形成统一观点，比较谨慎的做法是先发期刊论文、会议论文，听听不同的观点，辨一辨，然后出书。对于有争议的内容的讲解注明是个人观点，或者把各种代表性观点都介绍一下。

　　举个典型的例子，SAD设计人员作业答辩，老师提了6个问题，学员的理解跟老师都不一致，以为要凉凉，结果答辩是通过的，因为不同观点各有各的道理。

　　2. 陈伟炜、高炳军等，ANSYS在机械与化工设备中的应用。（APDL）

　　高炳军教授毕业于天津大学，任教于河北工业大学，这本书是师生合编的，侧重软件操作，步骤详细，案例丰富实用，WB流行前入手必备书籍，跟第一本书刚好形成互补。软件用的是ANSYS经典版本，虽然现在学WB比较多，但原来的案例仍然有很好的参考价值。

　　3.王泽军，锅炉结构有限元分析。（APDL）

　　王泽军博士是天津特检院的总工，作为工程师，他的书贴近工程，有理论有实战，专业性和实用性俱佳，五星推荐。书里有对常见分析设计问题的研究总结，比如报告编制、模型简化、网格验证、外压屈曲、管板建模等，很不错。

　　上面三本书可以归纳为行业培训理论讲解，高校写的案例建模软件操作，一线工程师案例讲解，三本书可以同时学习，三个方面互相促进。

　　ANSYS APDL对于很多人来说等于劝退，ANSYS WB才是工程师首选，下面介绍一些不错的书。

　　4. 许京荆，ANSYS Workbench工程实例详解。(WB)

　　5. 许京荆，ANSYS Workbench结构分析与实例详解。(WB)

　　6. 许京荆，ANSYS 13.0 Workbench 数值模拟技术。(WB)

　　许京荆老师是上海大学的，教授CAE课程，她的书是由课程多年教学讲义而来，质量很高。软件用的是WB，内容丰富，适合使用WB的分析设计人员。

　　软件操作是分析设计技能里面相对简单的，对照教程操作即可，相比理论学习容易见效果，有成就感。软件操作案例练习与理论学习应当是互相促进的，案例帮助理解理论，理论指导操作。

　　案例学习需要足够多的教材，一本书不够就十本书，十本书不够就二十本书。如果一本书里面只有一个案例是你需要的，那么这本书是完全可以购买的（如果没有电子版的话）。买书自学花费比较少，自学能力需要比较强，如果感觉进行不下去，果断买课，有人带着会好很多。

　　张洪才老师的几本书案例也不少，这里没有列出。还有其他的软件书，在购物网站都可以检索到，可以按需选择。

　　7. 沈鋆，ASME压力容器分析设计。(分析设计)

　　8. 沈鋆，压力容器分析设计方法与工程应用。(分析设计)

　　ASME的 PTB1&3

　　EN的the design by analysis manual—European Commission

　　沈鋆博士之前在惠生工程做应力分析设计工程师，能力很强，业内知名度比较高，工作多年后去清华读的博士，是新版分析设计标准编制者之一。这两本书是学习ASME分析设计和新版分析设计标准必备书籍。旧版分析设计看李建国老师的书，新版分析设计看沈鋆老师的书。

　　沈鋆老师是业内官方之外较早做分析设计培训的，创建有设备圈网站，专门做分析设计培训，课程包括基础、中级、高级三个阶段，比较全面，有辅导，也有在线组会。沈鋆是新版分析设计标准参编人员（清华），如果经济允许，他的在线课程是首选。

　　ASME PTB和EN DBA英文原版资料挺好的，老外不但标准好，专业书也不错的，没那么难懂。

　　9. 压力容器分析设计——直接法，苏文献等译。(EN弹塑性分析设计)

　　10. 压力容器分析设计方法，江楠。(分析设计)

　　华南理工的研究生讲义。

　　11. ANSYS 9.0经典产品基础教程与实例详解，博弈创作室。(水利水电)

　　12. ANSYS9.0经典产品高级分析技术与实例详解，博弈创作室。(水利水电)

　　13. APDL参数化有限元分析技术及其应用实例，博弈创作室。(水利水电)

　　水利水电出版社出版了不少APDL的教材，学习APDL可以看看。尽管WB已经很方便了，不过有些东西还是APDL更合适一些，比如大型换热器分析设计。

　　14. 王新敏，ANSYS结构分析单元与应用。（APDL）

　　15. 王新敏，ANSYS工程结构数值分析。（APDL）

　　16. 王新敏，Ansys结构动力分析与应用。（APDL）

　　王新敏教授这三本ANSYS APDL书内容比较全面，案例比较多。

　　17.周炬，ANSYS Workbench有限元分析实例详解：静力学。(WB)

　　18. 周炬，ANSYS Workbench有限元分析实例详解（动力学）。(WB)

　　周炬老师是南华大学的，这两本书干货很多。

　　19. 杨国义、李晓航，压力容器典型结构应力分析云图。

　　杨国义老师是锅容标委的，李晓航老师是北京冠天能的，都是分析设计方面的资深工程师。书里面有很多算例彩图，可以用来比对应力分布趋势，定性判断分析结果正确性。

　　20. CNKI（知网）+IData-知识检索

　　工程师最大的本事是翻书找答案，这里的书包括期刊论文、会议论文、学位论文等。

　　JB4732从实施到现在有20多年，业内发表了大量的关于应力分析设计的论文，很多的工程问题已经被研究过，以论文的形式报道过了，相关的论文有很好的参考价值。文献检索可以让分析设计工作少走弯路，避免重复，事半功倍，是分析设计必备工作。

　　不少专家对很多问题的理解会通过在行业权威期刊发表论文的形式进行展示，论文发表过程中通过了行业专家审查，如果发表后有争议其他人会联系交流，再发表其他论文。一些专家出书之前往往是已经发表了大量论文，比如丁伯民和沈鋆，这样的话书的质量会比较高。学习这样已有的成果是十分必要的。

　　分析设计初级阶段做开孔分析，不知道怎么做，第一步可以做文献检索，很多答案就在这些文献里。比如管法兰、接管外伸长度、焊缝对开孔结构应力的影响；有补强圈时候是否需要考虑接触；选择不同单元对计算结果有什么影响；网格密度怎么确定。

　　CNKI可以免费检索，看文章摘要。推荐IData-知识检索下载需要的论文，需要购买会员，365天99元。

　　IData-知识检索比较稳定，不过最近发现里面的文章更新跟不上知网，可以从淘宝上找到解决方案。

　　有条件的可以看看国外关于分析设计的论文，没条件的用必应。

　　做分析设计需要看多少篇论文呢？1000？2000？3000？根据工作需要，日积月累，多多益善。

　　笔者在工作种碰到的很多问题都是通过文献研究解决掉的。等有了一定的累积，有了自己的想法，可以试着发发论文，对于能力提升大有好处。

　　个人微信公众号和B站上有很多不错的分享，这是一个很好的现象。把学习过程、学习心得体会记录下来放到网上，可以帮助到别人，促进知识传播和共同进步。

　　21. 常规设计

　　很多人觉得常规设计简单，其实简单的只是软件操作，常规设计标准里面有很多分析设计技术的应用，比如管板、膨胀节、大开孔、法兰、平盖等。搞清楚规则设计里面的力学模型简化、位移和载荷边界条件、载荷工况以及应力限制准则，对有限元分析设计很有帮助。

　　灵魂拷问：分析设计结果如何验算，怎么知道你的分析不是在算命？常规设计的结果无疑是很好的参考，用有限元分析验算规则设计计算结果是分析设计员应该具备的能力，这一点并不容易。

　　应力分析设计技术已经成熟，分析设计普及是压力容器设计发展的大趋势，最大的问题并不是缺技术，而是缺人。分析设计对个人能力要求较常规设计高得多，通过行业分析设计能力评价的设计和审核数量相对常规设计审核少很多，不少分析设计员的能力较弱，只能解决很初级的问题，中高级分析设计工程师还是比较少的。

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　　22.二次开发能力与数据处理能力

　　做分析需要一定程序编写能力，典型的如基于APDL+VB或者python的参数化分析设计，输完参数后一键自动分析，自动提取相应图片与应力数据，自动生成报告，如果这些工作由人工完成，效率差几十倍，还容易出错。比较适合重复率比较高的结构分析，比如开孔，开发完成后用的越多成本越低。

　　对于Work bech二次开发一般用python，人生苦短，搞点代码。

　　尽可能提高分析工作的自动化水平，否则分析就是个力气活。提取结果数据与图片，编写报告，实际是个数据汇总工作，数据处理技术还是要学的，人工或者coding。office数据处理自动化一般是vba或者python。

　　单人一天完成30-50份开孔分析报告，要么用专用管口分析程序，要么ansys二次开发，会与不会差距很大。

　　ansys是用for tran开发的，软件有些材料本构是没有的，材料子程序开发需要用到for tran，比如规范案例2605高温蠕变损伤本构。

　　23. EXCEL与MATLAB

　　ANSYS不等于有限元。

　　压力容器有限元应力分析属于计算力学，当然要学有限元理论了。

　　软件操作是相对浅显的东西，趋向于傻瓜化，比如WB和经典APDL就是两代产品，前者比较傻瓜化，后者还能体现一些操作低层的东西。但是与有限元编程比它们都是高度自动化的产品，看不到中间过程，如果要理解有限元低层原理，需要学习有限元理论与编程，或者进行简单算例计算。

　　前面说的很多书没有讲有限元理论的，学习有限元理论需要学点matlab，起码学一下Excel矩阵计算函数，因为里面涉及到矩阵计算，即便简单算例，手算工作量也是很大的，手算基本就是劝退，无法体验有限元方法。有限元+matlab的教材现在也不少，比较推荐这一类教材，有现成的代码，跑跑算例帮助理解有限元理论。

　　杆梁有限元方法在材料力学与结构力学里面叫矩阵位移法，比较容易懂，简单算例可以用EXCEL算算。

　　通过杆梁算例熟悉单元刚度矩阵组装后，接触弹性力学平面问题就好很多，然后是弹性力学空间问题，接着是非线性问题。上来直接学弹性力学有限元感觉很容易劝退。

　　下面是几个EXCEL有限元入门级算例计算，可以体验一下。里面的几本参考书作为有限元理论学习的入门教材还是比较合适的。

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