有限元与CAE分析报告.doc

压力容器结构静力分析一、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、建模步骤图11 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“yes”，单击“OK”。依次单击Utility MenuFileChange Title，在出现的对话框中输入学号：1245523106，单击OK，点击PlotReplot2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 设置材料属性依次单击Main MenuPreprocessorMaterialPropsMaterial Modes，出现“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，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 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 thru 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 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 施加边界条件1 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367 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。三、仿真结果分析1，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392 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 Solution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 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 约束节点反力依次点击Main MenuPlotCtrlSymbols 命令，弹出如图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 Results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、学习有限元与CAE技术的心得体会通过对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