壓力容器結(jié)構(gòu)靜力分析 一、問題提出 某高壓容器設(shè)計壓力P=16MPa，設(shè)計溫度T=200℃，材料為16MnR。筒體內(nèi)徑R1=775mm，壁厚T1=100mm，封頭內(nèi)徑R2=800mm，厚度T2=48mm，筒體削邊長度L=95mm，長LC=1200mm，幾何形狀如圖所示，試對該壓力容器筒體與封頭的連接區(qū)域進行應(yīng)力分析 二、建模步驟 圖1 1 定義工作文件名 依次單擊Utility Menu>File>Change Jobname，在出現(xiàn)的對話框中輸入：example，在“New Log and error files”處選中“yes”，單擊“OK”。 依次單擊Utility Menu>File>Change Title，在出現(xiàn)的對話框中輸入學(xué)號：1245523106，單擊OK，點擊Plot>Replot 2設(shè)置分析環(huán)境并定義單元類型 1) 在主菜單選擇Preferences命令，彈出2圖，選擇Structural，單擊OK。 圖 2 2) 依次單擊Main Menu>Preprocessor>Elementtype>Add/Edit/Delete，出現(xiàn)對話框，單擊“Add”，出現(xiàn)一個 “Library of Element Type”對話框，。在“Library of Element Type”左面的列表欄中選擇“Structural Solid”，在右面的列表欄中選擇“Quard 8node 183”，單擊“OK”，如圖3. 圖3 3） 在通用菜單中選擇Paramenter>Scalar Paramenter命令，彈出參數(shù)設(shè)置對話框，在框中輸入如下參數(shù)：R1=775、T1=100、R2=800、T2=48、L=95、LC=1200、P=16、E=2E5、NU=0.3、NT=5、NS=30、NC=30、NL=5、RA=0.6。結(jié)果如圖4所示。 圖4 3 設(shè)置材料屬性 依次單擊Main Menu>Preprocessor>MaterialProps>Material Modes，出現(xiàn)“Define Material ModelBehavior”對話框，在“Material Model Available”下面的對話框中，打開“Structural>Linear>Elastic>Isotropic”,出現(xiàn)對話框，輸入彈性模量EX＝E，泊松比PRXY＝NU，單擊“OK”，關(guān)閉對話框。如圖5、6 。 圖5 圖6 4建立幾何模型 1、依次點擊Main Menu>Preprocessor>Molding>Create>Areas>Circle>Partial Annulu命令，彈出圖7所示的對話框，在“Rad-1”文本框中輸入R2，在“Rad-2”文本框中輸入R2+T2，單擊OK，工作區(qū)生成圖8。 圖7 圖8 2、 依次點擊Main Menu>Preprocessor>Molding>Create>Areas>Rectangle>By 2 Corners命令。彈出如圖9所示的對話框，在“WPX”、“WPY”、“Width” “Height”文本框中分別輸入R1、0、T1、L-LC，單擊OK。在工作區(qū)即可看到新生成的矩形，如圖10。 圖9 圖10 3、移動工作平面 在GUI界面選擇Utility Menu>Workplane>Offset WP by Increments命令。彈出Offset WP窗口，將角度拉至90，單擊x-，然后在平移框中輸入 0，0，L，點擊Apply。如圖11，此時工作平面位置如圖12所示。 圖11 圖12 4) 布爾運算 依次點擊Utility Menu>Select>Entities，彈出圖13所示的Select Entities對話框。定義選擇對圖14所示的Select areas 對話框。在工作區(qū)拾取四分之一圓環(huán)，如圖15所示，單擊OK按鈕。 圖13 圖14 圖16 依次選擇Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Divide>Area by WrkPlane命令，彈出Divide Area By Work Plane對話框如圖16。拾取工作區(qū)的圓環(huán)，單擊OK，完成劃分，如圖17，圓環(huán)的下部多出一條線。 圖15 圖17 參考上面的方法，選擇新分割出的一段圓環(huán)，如圖18所示。 在GUI界面中選擇Main Menu>Preprocessor>Modeling>Delete>Area and Below對話框，如圖19，選中圖18所示的圖形，單擊OK，將之刪除。 圖18 圖19 至此得到幾何圖形如圖20所示。 圖20 圖21 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary>Through KPs命令，彈出如圖21所示的Create Areas thru KPs對話框。拾取關(guān)鍵點，單擊OK，完成模型的建立。完整模型如圖22所示。 圖22 圖24 5 網(wǎng)格劃分 依次點擊Main Menu>Mesh>Mesh Tool，彈出對話框，點擊size controls部分中Global的set，彈出如圖23所示的GlobalElementSizes對話框。在SIZE 輸入框中輸入30，單擊OK，單擊Mesh Tool中的Mesh彈出Mesh Areas對話框，如圖24，選中工作區(qū)的幾何模型如圖25，單擊OK，完成網(wǎng)格劃分，如圖26所示。 圖23 圖25 圖26 6 施加邊界條件 1 依次點擊Utility Menu>Select>Entities。彈出select entities對話框，如圖27，選擇實體類型為Lines，選擇方式“From Full”，單擊Apply按鈕，彈出Select lines對話框，選擇模型下邊緣，在GUI界面選擇Utility Menu>Plot>Lines命令，顯示選中的的線如圖28所示。 圖27 圖28 回到圖27所示的Select Entities對話框，將選擇對象改為Nodes，選方式為Attached to，選擇Lines，all選項，單擊OK按鈕。完成節(jié)點的選擇如圖29； 在GUI界面中選擇Main Menu>Preprocessor>Loads>Denfine Loads>Apply>Structual>Displacement>On Nodes命令，彈出Apply U，ROT on Nodes對話框，如圖30。將選擇方式改為Box，點擊Pick All，彈出ApplyU，ROT on Nodes對話框，選擇UY，如圖31，單擊OK，完成底邊約束如圖32。 圖29 圖30 圖31 圖32 參考上述方法，選中筒體內(nèi)徑的節(jié)點。約束節(jié)點的ApplyU，ROT on Nodes選擇UX，如圖33單擊OK，完成約束后如圖34。 圖33 圖34 用同樣的方法選中線框圖形的內(nèi)徑節(jié)點，在GUI界面中選擇Utility Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structual>Pressure>On Nodes命令。彈出Apply PRES on Nodes對話框。如圖35。選中容器內(nèi)徑，單擊OK，彈出Apply PRES on Nodes對話框，在PRES 中輸入P，如圖36所示，單擊OK。 完成邊界條件定義的模型如圖37所示。 圖35 圖37 圖36 7 求解 依次點擊Main Menu>Solution>Solve>Current LS進行求解，當(dāng)提示Solution is Done說明求解完成。 三、仿真結(jié)果分析 1，顯示變形圖 依次單擊Main Menu>GeneralPostproc>Plot Results>Deformed Shape，彈出如圖38所示對Plot Deformed Shape話框，選擇Def+udef edge選項，單擊OK，工作區(qū)顯示如圖39 的變形圖。 圖38 圖39 2 顯示位移 依次點擊Main Menu>GeneralPostproc>Plot Results>Contour Plot>Nodal Solu命令，彈出Contour Nodal Solution Data 對話框，選擇DOF Solution列表中的Displacement vector sum，單擊OK,即可在工作區(qū)中看到位移云圖，如圖40所示。 圖40 3 矢量圖 依次點擊Main Menu>GeneralPostproc>Plot Results>Vector Plot>Predefined命令，彈出如圖41所示的 Vector Plot of Predefined Vectors對話框。選擇顯示的矢量為Translation U，單擊OK，則工作區(qū)顯示如圖42，所示的平移矢量圖。 圖41 圖42 4 約束節(jié)點反力 依次點擊Main Menu>PlotCtrl>Symbols 命令，彈出如圖43所示的Symbols設(shè)置對話框，選擇All Reactions，單擊OK，在GUI界面選擇 Utility Menu>Plot>Elememts命令，工作區(qū)即顯示如圖44的約束節(jié)點反力圖。 圖43 圖44 5連接處的應(yīng)力分析 依次點擊Main Menu>GeneralPostproc>Query Results>Subgrid Solu命令，彈出如圖45所示的Query Subgrid Solution Data對話框。選擇Stress>1st principle S1,單擊OK，彈出如圖46所示的Query Subgrid Results對話框，單擊Max按鈕，工作區(qū)則顯示應(yīng)力最大點的坐標(biāo)及坐標(biāo)信息，同時該點的應(yīng)力值也在工作區(qū)中被標(biāo)出，如圖47所示。 圖45 圖46 圖47 四、學(xué)習(xí)《有限元與CAE技術(shù)》的心得體會 通過對ANSYS軟件的學(xué)習(xí)和了解，知道了它的一些明顯的優(yōu)點。 相對于其他應(yīng)用型軟件而言，ANSYS作為大型權(quán)威性的有限元分析軟件，對提高解決問題的能力是一個全面的鍛煉過程，是一門相當(dāng)難學(xué)的軟件，因而，要學(xué)好ANSYS，對我們提出了很高的要求，一方面，需要我們有比較扎實的力學(xué)理論基礎(chǔ)，對ANSYS分析結(jié)果能有個比較準(zhǔn)確的預(yù)測和判斷，可以說，理論水平的高低在很大程度上決定了ANSYS使用水平；另一方面，需要我們不斷摸索出軟件的使用經(jīng)驗不斷總結(jié)以提高解決問題的效率。 ANSYS在對結(jié)構(gòu)力學(xué)的靜力學(xué)分析非常方便，用來求解外載荷引起的位移、應(yīng)力和力。靜力分析很適合求解慣性和對結(jié)構(gòu)的影響并不顯著的問題。ANSYS程序中的靜力分析不僅可以進行線性分析，而且也可以進行非線性分析，如塑性、膨脹、大變形、大應(yīng)變及接觸分析。 但是學(xué)習(xí)的過程是充滿煩惱和驚喜的，因為總是會碰到許多的新問題，需要較好的耐心去解決這些問題，這是在學(xué)習(xí)過程中遇到的最大的難題。然而，在解決問題之后，就會有恍然大悟的喜悅，可以說是痛苦和快樂并存的。次的學(xué)習(xí)讓我認(rèn)識到了提高建模能力是非常急需加強的一個方面。 ANSYS軟件是一款在建模等方面非常實用的軟件，本次的學(xué)習(xí)我其實并沒有完全熟練地掌握它的應(yīng)用，以后還要加強對它的學(xué)習(xí)，相信在以后的學(xué)習(xí)和工作中會帶來巨大的便利。 簽名：單文涵 日期：2015.12.25