作者 | 劉笑天 仿真秀科普作者
導讀：說起壓力容器設計，大家一般想到GB150或者ASME第八卷規範的各種算法。以性能來說，其很多都是圍繞強度相關的性能，如何實現和保證展開的。這已經有無數人為之努力過，而且積累了無數可貴財富。
一、寫在前面
雖然各規範擁有專門的法蘭及密封性設計章節，但相對來說，網上對法蘭密封性的視頻教程，還是少的可憐。尤其是採用ANSYS Workbench平臺，進行密封計算的實現，以及圍繞法蘭建模、六面體網格劃分、網格質量優化、密封性計算與評判、
規範中對密封性的算法解析、不同接管荷載的加載與對密封性能的影響、不同螺栓連接對預緊力效應的加載，以及採用真實法蘭，進行規定扭矩下的密封面接觸壓力試驗，都是很有意思的東西。二、劉天師和壓力容器的故事
所謂創新，並不是都從頭造輪子，有時候把很多成熟技術和方法，交叉組合以滿足現有要求，也是極好的鴨。
具體介紹《壓力容器法蘭密封性專題10講-掌握GB150規範、密封性仿真分析和接觸壓力試驗的操作與方法》這套視頻之前，我先分享一些筆者自學壓力容器仿真那些心路歷程！
做仿真也要經歷無數次的失敗和調試過程，比如下圖筆者2015年做的一個非線性屈曲分析，就斷續的前後耗費了大約一個月的時間，才一切OK。
做仿真就經常遇到下面的情況，在無數的工況計算間等待與糾結。筆者是工作以後純自學的仿真技術，期間遇到的困難與無助誰人能懂。在公司就是一邊畫著圖寫著技術標，一邊玩著電腦看著書，開始算案例。
下圖是筆者家中2017年採購的，水冷雙路24核心48線程工作站。採用Dell品牌機的準系統，搭配2顆es版本的志強2696V2處理器和76g內存以及500G固態硬盤，使用Quadro K400顯卡。
為了安靜，選了一套養魚用的靜音水泵和在某寶上根據風扇葉片形狀，選擇儘量安靜的幾個風扇，搭配本田思域汽車的發動機散熱器，因為只有18mm厚度，有利於減少風扇噪音，自己設計組裝的水冷系統。其穩定運行了兩年，中間換水3次從沒洩露過。
2019年秋天，換成一顆志強2872處理器，26核心52線程以及160G內存和240+500+1000固態硬盤與Quadro K6000顯卡，搭配貓頭鷹風冷散熱器的新電腦。
筆者從2008年專科畢業，到2017年4月，就職於哈爾濱空調股份有限公司，從事機械設計崗位。因為對在公司的個人發展前景和錢景感到焦綠，後來離開了工作8年的地方。
2017年4月辭去老國企的工作，跳槽到國內銷量百萬臺的自主汽車企業，從事新能源汽車驅動電機和控制器的強度性能開發工作至今。
建築專業畢業做機械設計，又去做強度性能，說實話跨度也很大的。下圖為當時辭職場景的一種演繹。注意本圖為網絡下載，並非筆者真實場景。
下圖是哈空調南湖路廠區的一些待發運的石油化工用空冷器與百葉窗產品。這一車三臺空冷器，大概是哈空調石化產線1天的產能。在哈空調的產品線中，電站和石油化工用空冷器，佔總體業績的90%以上，
其他為設備安裝與核電站用空調等。
由於需要針對石油化工行業的各種介質做冷卻，會使用多種聽過沒聽過，見過沒見過的合金材料。為了馴服在空冷器內部，各種高溫高壓和高腐蝕性與高危險性的介質，一方面採用高級材料和魚鱗紋焊縫搭配各種無損探傷，另一方面就要用合適的法蘭與墊片，進行密封。
說完石化產品，再介紹一下電站空冷器產品。下圖為哈空調南湖路廠區，筆者跟同事一起養的小野貓。後來其生了四五隻小貓，我們就在辦公室門口，用紙殼包裝箱給她做了個窩。因為每天給送吃的，時間長了我們去摸摸抱抱她家孩子就沒事，有生人接近，會十分警惕的保護孩子。照片背景是電站用單排管空冷器存貨。
雖然主要是機械製圖和成本合算，少量參與強度仿真工作，但是總有一個發自內心的疑問追尋著筆者的。我們很多產品直接採用標準結構和螺栓，並沒有單獨校核密封性，甚至根本沒有人計算過密封面的接觸壓力，尤其是在有接管荷載作用下，對密封性的影響如何，沒有人能提供答案。
下圖是哈空調王崗廠區西南角的兩套電站空冷器單元。較遠的一個比較老，用的是雙排橢圓形換熱管，代表世界80—90年代技術水準；前面是單排管電站空冷的鋼結構支架部分，過幾天才安裝了上圖中的單排管。本廠區距離高鐵站和飛機場很接近。如果有朋友路過機場高速0公里附近，或者坐高鐵馬上進入哈西客站，應該可以在路南20米外看見這個三角形的大傢伙。下圖同事穿的工作服，灰色基調黃色領子，寓意是公司發展輝煌。
下圖是安裝更完整一點的空冷器。
以上是一臺10,米直徑風機對應的直接空冷器，如果是大型電站，一般會幾十颱風機，如下圖，其尺寸和規模極其壯觀，當然價格也很美麗，一兩個億吧。
上圖的平臺吊裝完成空冷器材以後，就是下圖的樣子。人走在四五十米高的平臺上，恐高症莫入。
下圖為筆者用2個星期時間，建模和渲染的一套中型電站空冷器。
至於空調產品，基本沒啥好說的，一般來說個頭都很大。別人的空調用公斤算，我們按照噸計算。一般的尺寸能有個中巴車那麼大，最大的一套300噸，三唯8米左右；最小的大概有雙開門電冰箱那麼大把。
下圖是幾年前筆者在北京，給壓力容器的同行，講強度仿真計算精度驗證專題的現場照片。
下圖為筆者幾年前在內蒙古包頭市，進行的一次仿真技術培訓現場，臺下都是大學教師。
有疑問有思考和機會，也許很多朋友也有過類似的想法。隨著對仿真技術的精進，一個想法浮出了水面。
要不也斗膽做套視頻，講一下密封性專題？
尤其是有試驗驗證的過程，將更加好玩和有參考意義。就先去某寶上買了幾個DN50平焊法蘭，外加幾個不同材質的墊片、去樓下的五金店，買了幾個螺栓螺母、在某寶上篩選對比了一個合適的扭矩扳手以及最關鍵的，實現密封驗證的壓敏紙等。正所謂東市買駿馬，西市買鞍韉。
外加結構仿真部分以真實法蘭尺寸建模，加個螺栓預緊力和摩擦接觸，做點有試驗有規範有仿真有講解的四有青年如何？這想法，哈哈哈！
幾天後大概四百塊錢的東西到位。既然要做試驗，就要露臉現場講解操作了，就打開Gopro攝像機和幾百瓦的攝影燈，開始籌備視頻部分。
其實本套視頻密封接觸壓力的部分，難度和深度都不太深，更多的是給大家一個思路和方法的展示（歡迎訂閱用戶進VIP群，提供學習答疑服務）。比如很多人喜歡六面體網格，那麼就介紹點如何剖分模型更方便畫出六面體磚形網格，又比如很多人沒了解過各種加載螺栓預緊力的算法，就介紹幾個並且對比計算結果的差異、比如很多做仿真的沒做過密封性接觸壓力試驗，做產品設計的沒做過仿真，那麼就自己弄點試驗來探索性學習。
一方面更直觀的瞭解，接觸壓力分佈到底是什麼樣子，以及不同材質的墊片和不同扭矩下，接觸壓力的變化規律，另一方面也是對仿真結果的一種校準和驗證。
下圖為2010年前後，筆者在哈空調南湖路廠區工作時，辦公位的場景。當時正給國內第一套基於歐洲ERP架構的核電站中，事故發電機冷卻器，做技術標的翻譯工作。
下圖為2016年前後，筆者在哈空調總部辦公位的場景。右側電腦運行的是筆者做的，用於出口巴基斯坦某核電設備的空調機組的抗震分析。
以上兩圖的電腦都是筆者私人的，放在公司做公事。這在老國企有點大逆不道的存在。但是自從學了仿真，心中再無好電腦。永遠都是隻有兩種，一個慢的和慢的要死的。
螺栓預緊力連接部分，倒是做了幾個對比計算，通過對比才看出規律和趨勢。
筆者有幾次在網上跟網友聊天，經常會遇到下面的場景；比如某朋友問，我的網格長寬比是xx以及單元質量是xx，好還是不好？
筆者的思路一般不是直接回答或者解析對方想要的答案，而是反過來去思考，評價網格質量的指標和方法有很多，你選了這一個必然要回答的就是，為啥不選另外幾個？也許這就是筆者獨特的獨立思考意識在作祟。對於大部分人來說，更希望得到：對選B，聽我沒錯這種答案。那麼看見筆者驚奇的腦回路，也許容易感覺這人在裝C。
那麼問題來了，如果每次只追求單獨的答案，特定的問題點，將變得極其盲目，以至於被無數的細節矇蔽雙眼，從而缺乏戰略視角和獨立思考能力，以至於容易被局部的思路所帶偏自己，卻懵懂不知希望的方向。筆者常說，論選擇比努力更有價值。
所以在《壓力容器法蘭密封性專題10講-掌握GB150規範、密封性仿真分析和接觸壓力試驗的操作與方法》視頻中，筆者採用6種不同方法的螺栓預緊力設置，對比接觸壓力與模態結果的差異，從而查看不同設置下的密封性規律以及螺栓部分剛度的差異，希望能給大家一個探索相對來說，更加完整的全局思想，瞭解螺栓預緊和密封性規律的意識。
從而更有利於給大家提供一個，選方案2和3，因為1、4、5、6計算量大精度雖然好但是操作太麻煩，這種答案的機會；而不是選3，因為不知道別的好不好，也不會別的。
其實很多時候做技術，都不是唯一答案和所謂的正確答案，而是有2、3種甚至更多備選可能性。這需要權衡利弊，才找到適合自己的。也許本套視頻，會更多的給大家這樣的啟示，而不是單純的做了一個計算，做了一個實驗，得到一個所謂的結論和經驗，可能這樣方式去分享知識，而不是單純的教你，如何點鼠標做例子，會對大家有更多的幫助吧。
另外一個視角是，本視頻介紹了一些幾何建模與六面體網格劃分的思路與方法。其也是沒有唯一答案正確答案的。那麼通過筆者提供一些思路和方法，給用戶根據自身情況判斷選擇，更好方案的一種方式。
因為網格不是一個順序工作流程，而是根據計算量、計算精度、建模複雜度、計算結果規律等綜合判斷的事情，尤其是需要根據計算結果，反過來調整和優化網格尺寸以及分佈規律。對模態類的結果，保持尺寸的一致性；對應力類結果，保持網格密度分佈和應力結果等值線分佈儘量貼合，而不是為了好看，所有時候用均勻一致的網格。
正所謂，好看的網格不一定是好網格，不好看的從概率上來說，也許會更合適。
三、寫在最後
下圖為2017年到2019年，筆者給現就職的企業，輸出的各種仿真有關的文件。如仿真技術手冊、分析報告、實驗報告、專利、企業規範、內部培訓教程等，都雙面打印了出來。平均每個工作日輸出3頁文件。之後為了省紙，就很少打印了。
看著一千多頁的文件、無數次的仿真與實驗對標、不停的思考再通過仿真技術，把產品性能逐步優化到比肩了世界同行，並落地付諸實踐。終將在2020年，幾款主持開發的電驅動產品，迎來量產的消息，以及未來更多產品的量產。
也許就是曾經不為短期利益屈服，在國企相對寬鬆的工作環境中找了點事情，而努力自學仿真技術的8年後，得到的一種收穫與回報吧。
作者：劉笑天，仿真秀專欄作者，11年工作經驗，前8年為壓力容器行業的設計與分析經驗，建築環境與設備工程專業，本科學歷，仿真秀科普作者。第一作者著有2部ANSYS Workbench結構仿真類書籍。第一作者申請4項發明及2項實用新型專利。
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