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1、壓力容器結構靜力分析
一、問題提出
某高壓容器設計壓力P=16MPa,設計溫度T=200℃,材料為16MnR。筒體內徑R1=775mm,壁厚T1=100mm,封頭內徑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
2、”。
依次單擊Utility Menu>File>Change Title,在出現(xiàn)的對話框中輸入學號:1245523106,單擊OK,點擊Plot>Replot
2設置分析環(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 Ele
3、ment 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。結果如圖4所示。
4、
圖4
3 設置材料屬性
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”,關閉對話框。如圖5、
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 Cor
6、ners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
7、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
8、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>Preprocess
9、or>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
10、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2
11、7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
12、
圖31
圖32
參考上述方法,選中筒體內徑的節(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。選中容器內徑,單擊OK,彈出Apply PRES on Nodes對話框,在P
13、RES 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,當提示Solution is Done說明求解完成。
三、仿真結果分析
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
14、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>
15、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
16、 圖44
5連接處的應力分析
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)則顯示應力最大點的坐標及坐標信息,同時該點的應力值也在工作區(qū)中被標出,如圖47所示。
圖45
圖46 圖47
四、學習《有限元與CAE技術》的
17、心得體會
通過對ANSYS軟件的學習和了解,知道了它的一些明顯的優(yōu)點。 相對于其他應用型軟件而言,ANSYS作為大型權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,是一門相當難學的軟件,因而,要學好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理論基礎,對ANSYS分析結果能有個比較準確的預測和判斷,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)驗不斷總結以提高解決問題的效率。
ANSYS在對結構力學的靜力學分析非常方便,用來求解外載荷引起的位移、應力和力。靜力分析很適合求解慣性和
18、對結構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、大應變及接觸分析。 但是學習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,這是在學習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。次的學習讓我認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,本次的學習我其實并沒有完全熟練地掌握它的應用,以后還要加強對它的學習,相信在以后的學習和工作中會帶來巨大的便利。
簽名:單文涵
日期:2015.12.25