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1、压力容器结构静力分析压力容器结构静力分析一、问题提出一、问题提出某高压容器设计压力 P=16MPa，设计温度 T=200，材料为 16MnR。筒体内 径 R1=775mm，壁厚 T1=100mm，封头内径 R2=800mm，厚度 T2=48mm，筒体削边长 度 L=95mm，长 LC=1200mm，几何形状如图所示，试对该压力容器筒体与封头的 连接区域进行应力分析二、建模步骤二、建模步骤图 11 1 定义工作文件名定义工作文件名依次单击 Utility MenuFileChange Jobname，在出现的对话框中输入：example，在“New Log and error files”处选中
2、“yes”，单击“OK”。依次单击 Utility MenuFileChange Title，在出现的对话框中输入学号：，单击OK，点击 PlotReplot2 2 设置分析环境并定义单元类型设置分析环境并定义单元类型1)在主菜单选择 Preferences 命令，弹出 2 图，选择 Structural，单击 OK。 图 22)依次单击 Main MenuPreprocessorElementtypeAdd/Edit/Delete，出现对话框，单击“Add”，出现一个 “Library of Element Type”对话框，。在“Library of Element Type”左面的列表栏
3、中选择“Structural Solid”，在右面的列表栏中选择“Quard 8node 183”，单击“OK”，如图 3.图 33）在通用菜单中选择 ParamenterScalar Paramenter 命令，弹出参数设置对话框，在框中输入如下参数：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。结果如图 4 所示。 图 4 3 3 设置材料属性设置材料属性依次单击 Main MenuPreprocessorMaterialPropsMaterial Modes，出
4、现“Define Material ModelBehavior”对话框，在“Material Model Available”下面的对话框中，打开“StructuralLinearElasticIsotropic”,出现对话框，输入弹性模量EXE，泊松比 PRXYNU，单击“OK”，关闭对话框。如图 5、6 。图 5 图 64 4 建立几何模型建立几何模型1、依次点击 Main MenuPreprocessorMoldingCreateAreasCirclePartial Annulu 命令，弹出图 7 所示的对话框，在“Rad-1”文本框中输入 R2，在“Rad-2”文本框中输入 R2+T2
5、，单击 OK，工作区生成图 8。图 7 图 82、依次点击 Main MenuPreprocessorMoldingCreateAreasRectangleBy 2 Corners 命令。弹出如图 9 所示的对话框，在“WPX”、“WPY”、“Width”“Height”文本框中分别输入 R1、0、T1、L-LC，单击 OK。在工作区即可看到新生成的矩形，如图 10。图 9 图 103、移动工作平面在 GUI 界面选择 Utility MenuWorkplaneOffset WP by Increments 命令。弹出 Offset WP 窗口，将角度拉至 90，单击 x-，然后在平移框中输入
6、 0，0，L，点击 Apply。如图 11，此时工作平面位置如图 12 所示。图 11图 124)布尔运算依次点击 Utility MenuSelectEntities，弹出图 13 所示的 Select Entities 对话框。定义选择对图 14 所示的 Select areas 对话框。在工作区拾取四分之一圆环，如图 15 所示，单击 OK 按钮。图 13 图 14 图 16依次选择 Main MenuPreprocessorModelingOperateBooleansDivideArea by WrkPlane 命令，弹出 Divide Area By Work Plane 对话框如
7、图 16。拾取工作区的圆环，单击 OK，完成划分，如图 17，圆环的下部多出一条线。图 15图 17参考上面的方法，选择新分割出的一段圆环，如图 18 所示。在 GUI 界面中选择 Main MenuPreprocessorModelingDeleteArea and Below 对话框，如图 19，选中图 18 所示的图形，单击 OK，将之删除。图 18 图 19至此得到几何图形如图 20 所示。图 20图 21Main MenuPreprocessorModelingCreateAreasArbitraryThrough KPs 命令，弹出如图 21 所示的 Create Areas th
8、ru KPs 对话框。拾取关键点，单击OK，完成模型的建立。完整模型如图 22 所示。图 22图 245 5 网格划分网格划分依次点击 Main MenuMeshMesh Tool，弹出对话框，点击 size controls 部分中Global 的 set，弹出如图 23 所示的 GlobalElementSizes 对话框。在 SIZE 输入框中输入 30，单击 OK，单击 Mesh Tool 中的 Mesh 弹出 Mesh Areas 对话框，如图 24，选中工作区的几何模型如图 25，单击 OK，完成网格划分，如图 26 所示。图 23图 25图 266 6 施加边界条件施加边界条件1
9、 依次点击 Utility MenuSelectEntities。弹出 select entities 对话框，如图 27，选择实体类型为 Lines，选择方式“From Full”，单击 Apply 按钮，弹出Select lines 对话框，选择模型下边缘，在 GUI 界面选择 Utility MenuPlotLines 命令，显示选中的的线如图 28 所示。图 27图 28 回到图 27 所示的 Select Entities 对话框，将选择对象改为 Nodes，选方式为Attached to，选择 Lines，all 选项，单击 OK 按钮。完成节点的选择如图29；在 GUI 界面中选
10、择 Main MenuPreprocessorLoadsDenfine LoadsApplyStructualDisplacementOn Nodes 命令，弹出 Apply U，ROT on Nodes 对话框，如图 30。将选择方式改为 Box，点击 Pick All，弹出ApplyU，ROT on Nodes 对话框，选择 UY，如图 31，单击 OK，完成底边约束如图 32。图 29图 30图 31图 32参考上述方法，选中筒体内径的节点。约束节点的 ApplyU，ROT on Nodes 选择UX，如图 33 单击 OK，完成约束后如图 34。图 33图 34用同样的方法选中线框图形
11、的内径节点，在 GUI 界面中选择 Utility MenuSolutionDefine LoadsApplyStructualPressureOn Nodes 命令。弹 出 Apply PRES on Nodes 对话框。如图 35。选中容器内径，单击 OK，弹出 Apply PRES on Nodes 对话框，在 PRES 中输入 P，如图 36 所示，单击 OK。完成边界条件定义的模型如图 37 所示。图 35图 37图图 3636 7 7 求解求解依次点击 Main MenuSolutionSolveCurrent LS 进行求解，当提示 Solution is Done 说明求解完成
12、。三、仿真结果分析三、仿真结果分析1 1，显示变形图，显示变形图依次单击 Main MenuGeneralPostprocPlot ResultsDeformed Shape，弹出如图38 所示对 Plot Deformed Shape 话框，选择 Def+udef edge 选项，单击 OK，工作区显示如图 39 的变形图。图 38图图 39392 2 显示位移显示位移依次点击 Main MenuGeneralPostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu 命令，弹出 Contour Nodal Solution Data 对话框，选择 DOF Solu
13、tion 列表中的Displacement vector sum，单击 OK,即可在工作区中看到位移云图，如图 40 所示。图 403 3 矢量图矢量图依次点击 Main MenuGeneralPostprocPlot ResultsVector PlotPredefined 命令，弹出如图 41 所示的 Vector Plot of Predefined Vectors 对话框。选择显示的矢量为 Translation U，单击 OK，则工作区显示如图 42，所示的平移矢量图。图 41图 424 4 约束节点反力约束节点反力依次点击 Main MenuPlotCtrlSymbols 命令，弹
14、出如图 43 所示的 Symbols 设置对话框，选择 All Reactions，单击 OK，在 GUI 界面选择 Utility MenuPlotElememts 命令，工作区即显示如图 44 的约束节点反力图。图 43图 445 5 连接处的应力分析连接处的应力分析依次点击 Main MenuGeneralPostprocQuery ResultsSubgrid Solu 命令，弹出如图 45 所示的 Query Subgrid Solution Data 对话框。选择 Stress1st principle S1,单击 OK，弹出如图 46 所示的 Query Subgrid Resu
15、lts 对话框，单击 Max 按钮，工作区则显示应力最大点的坐标及坐标信息，同时该点的应力值也在工作区中被标出，如图 47 所示。图 45图 46图 47四、学习四、学习有限元与有限元与 CAECAE 技术技术的心得体会的心得体会通过对 ANSYS 软件的学习和了解，知道了它的一些明显的优点。 相对于其他应用型软件而言，ANSYS 作为大型权威性的有限元分析软件，对提高解决问题的能力是一个全面的锻炼过程，是一门相当难学的软件，因而，要学好ANSYS，对我们提出了很高的要求，一方面，需要我们有比较扎实的力学理论基础，对 ANSYS 分析结果能有个比较准确的预测和判断，可以说，理论水平的高低在很大程度上决定了 ANSYS 使用水平；另一方面，需要我们不断摸索出软件的使用经验不断总结以提高解决问题的效率。 ANSYS 在对结构力学的静力学分析非常方便，用来求解外载荷引起的位移、应力和力。静力分析很适合求解惯性和对结构的影响并不显著的问题。ANSYS 程序中的静力分析不仅可以进行线性分析，而且也可以进行非线性分析，如塑性、膨胀、大变形、大应变及接触分析。 但是学习的过程是充满烦恼和惊喜的，因为总是会碰到许多的新问题，需要较好
