毕业设计（论文）-高压电器筒体法兰螺栓连接对筒体强度影响分析

高压电器筒体法兰螺栓连接对筒体强度影响分析1. 绪论1.1 承压容器的现状及发展趋势承压容器是以流程性材料(气体、液体、粉粒体等)的压力为基本载荷、应用广泛且有潜在泄漏和爆炸危险的特种设备,如锅炉、压力容器(含气瓶)、压力管道等。承压设备是石油化工、天然气化工和煤化工等过程工业的关键设备。没有安全可靠的承压设备,就不可能有先进的过程工业。此外,一些高新技术领域,如航空航天技术、能源技术、先进防御技术等,也离不开承压设备。因此,开展承压设备研究对国家安全、经济发展、人民生命财产安全和社会稳定都具有重要意义。 随着科学技术的飞速发展，压力容器的发展也出现了新的发展趋势。1. 大型化 与小型承压设备相比,大型承压设备不但生产效率高,而且具有制造成本低、占地面积小、运行和维修费用低等优点。大型承压设备的投资大,介质的储存量大,一旦发生泄漏、爆炸等事故,会造成人员伤亡、重大经济损失和严重的环境污染,因此要求确保大型承压设备长周期、长寿命地安全可靠运行。2. 在高新技术中的应用越来越广信息技术、生物和现代农业技术、新材料、先进制造与自动化技术、能源技术和资源环境技术是国家高技术研究发展计划(863计划)确定的6个高技术领域。这些研究领域大都与承压设备学科有着紧密的关系。现以氢能和超临界流体技术为例加3. 标准全球化 为使承压设备安全可靠地运行,承压设备设计、制造、检验必须满足安全技术规范的要求。为促进承压设备在欧盟范围内的自由贸易,消除贸易技术壁垒,尽可能在最广泛的工业领域内实施统一的技术法规，在相互标准认可的基础上,实现承压设备产品的全球自由贸易。4. 防止突发爆炸事故对承压设备提出更高的要求近年来,刑事犯罪呈现出动态化、组织化、职业化和智能化的发展趋势。为了防止突发性爆炸事故，给压力容器的设计制造提出了新的要求。5. 安全可靠性要求越来越高承压设备大多数是大型化连续生产,停产会造成巨大经济损失。此外,承压设备的服役条件千差万别,有高温、低温、深冷;有超高压、高压、中压、低压和真空等;有强酸、强碱、剧毒、易燃和易爆介质,因而一旦发生泄漏或爆炸事故,不仅造成经济损失,而且会造成严重的环境污染。1.2承压容器螺栓连接的质量要求承压容器与其它金属构件常采用螺栓连接,由于材料挤压强度不同,结构在承受较大载荷时,连接部位螺孔处的材料会发生挤压破坏,是该结构的主要破坏模式。评价螺栓连接质量在制造业中是很重要的问题，大多数企业都在装配工序后利用指示式扭矩扳手以抽检的方式对相关的螺纹副进行拧紧扭矩测试，以评价螺栓连接的质量，其间出现各种各样的情况是很正常的现象，但前提是执行的方法必须正确，这是处理问题、解决问题的基础。在这类螺纹副联接中，拧紧扭矩、螺栓的轴向预紧力及扭矩系数三者之间相互关联此消彼长。摩擦系数的减小导致了扭矩系数变小，在拧紧扭矩保持不变的情况下，必然将引起螺栓轴向预紧力的增大。连接螺栓的断裂是因作用在其上的拉力轴向预紧力过大，超出了材料抗拉的强度造成的。若把摩擦系数视为常数，对于一个确定的螺栓轴向预紧力，它与拧紧力矩在理论上呈线性关系，但当轴向预紧力超过屈服点之后，随着拧紧力的增大，预紧力的增量将减少，甚至出现下降，因此，螺栓轴向预紧力与拧紧力之间的关系只有在螺栓预紧进入屈服状态之前才是线性的。事实上，在采用扭矩法这一拧紧工艺时，考虑到扭矩控制精度、摩擦系数散差、紧固件机械性能波动和制造精度等影响因素，螺栓轴向预紧力的最大值通常只设计在其屈服极限的70%以下，也就是说，螺栓连接是工作在材料的弹性区域内，因此，替代试验的对比测试值并不能说明扭矩法工况下拧紧力矩与螺栓轴向预紧力间的真实比例关系，但还是指出了明确的趋势，而且提供了一种修正装配工艺后直截地评价改进效果的方法，以便于企业实施。要用实验方法测出真实状态下的摩擦系数值或螺栓受到的轴向拉力数值，在一般企业中不太可能，另外由于螺栓连接处在传递载荷、连接件的形态和边界条件等方面都比较复杂，用解析方法求解是难以胜任的,需要采用数值方法特别是可用有限元法来求解。本文以高压电器筒体的法兰螺栓连接为研究对象,应用ANSYS有限元软件分别建立了高压电器筒体和法兰与螺栓连接的有限元模型,在高压电器筒体最高使用压力及螺栓预紧力等载荷条件下对螺栓连接的结构强度进行数值模拟,给出了数值计算结果并对结果进行了分析,并在此条件下对高压电器筒体进行了疲劳分析。1.3 ANSYS软件介绍ANSYS公司的ANSYS软件是融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元分析软件，可广泛应用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、日用家电等一般工业及科学研究。该软件提供了一个不断改进的功能清单，具体包括:结构高度非线性分析、电磁分析、计算流体动力分析设计优化、接触分析、自适应网格划分、大应变、有限转动功能以及利用ANSYS参数设计语言(APDL)的扩展宏命令功能。基于Motif的菜单系统使用户能够通过对话框、下拉式菜单和子菜单进行数据输入和功能选择，方便用户操作。在产品设计中，用户可以使用ANSYS有限元软件对产品性能进行仿真分析，发现产品问题，降低设计成本，缩短设计周期，提高设计的成功率。它是现代产品设计中高级的CAD/CAE软件之一。ANSYS有限元分析软件具有强大的功能，其主要的技术特点为:唯一能实现多场及多场祸合分析的软件;唯一实现前后处理、求解及多场分析统一数据库的一体化大型FEA分析软件;唯一具有多物理场优化功能的FEA软件;唯一具有中文界面的大型通用有限元分析软件;具有强大的非线性分析功能;具有使用于不同的问题和硬件配置的多种求解器;支持异种异构功能网络浮动，在异种、异构平台上支持界面统一，数据文件通用;强大的并行计算功能，支持分布式并行和共享内存式并行;多种用户网格划分技术;完善的用户开发环境同时，ANSYS软件拥有丰富和完善的单元库、材料模型库和求解器，保证了它能高效地求解各类结构的静力、动力、振动、线性和非有限元法、ANSYS及其二次开发技术辽宁工学院硕士论文线性问题，稳态和瞬态热分析及热一结构藕荷问题，压缩和不可压缩的流体问题。其友好的图形界面和程序结构，交互式的前后处理和图形软件，大大地减轻了用户在实际工程问题中创建模型、有限元求解以及结果分析和评价的工作量。它的统一集中式的数据库保证了各模块之间的有效可靠的集成，并实现了与多个CAD/CAF软件的友好连接。1.4 ANSYS疲劳分析企业的产品投放市场后，如果在耐久性方面出现问题将会造成许多新产品失去竞争力，给企业带来巨大的经济损失，同时又使企业形象蒙受巨大的负面影响。在中国，由于疲劳耐久性与可靠性不过关造成的产品问题更是普遍存在，是国产产品缺乏国际竞争力的最重要因素之一。国际上，每年因结构疲劳的原因，大量产品在其有效寿命期内报废，由于疲劳破坏而造成的恶性事故也时有出现。据统计，欧洲每年早期断裂造成的损失达800亿欧元，而美国每年早期断裂造成的损失达1190亿美元，其中95%是由于疲劳引起的断裂。而通过应用疲劳耐久性分析技术，其中的50%是可以避免的，因此许多企业将疲劳耐久性定为产品质量控制的重要指标。在传统的设计过程中，设计人员在概念或详细设计阶段通常使用简单而不真实的计算来估计产品的寿命，而对这些估计寿命的验证通常是通过一定量物理样机的耐久试验得到，不但试验周期长、耗资巨大，而且许多相关参数与失效的定量关系也不可能在试验中得出，试验结论还可能受许多偶然因素的影响。因此对于产品疲劳寿命的仿真分析方法越来越受到产品设计人员的关注。可在物理样机制造之前用ANSYS进行疲劳分析和优化设计，真实地预测产品的寿命，实现等寿命周期设计。设计阶段的耐久性分析可以显著缩短产品推向市场的时间、提高产品可靠性，极大地降低制造物理样机和进行耐久性试验所带来的巨额研发费用。本文应用ANSYS对有限元模型进行了疲劳分析，得出了高压电器筒体的疲劳使用系数。1.5选题背景和意义筒体法兰是筒体系统连接中的关键部件，它对于筒体的安全有着重要的意义。筒体法兰在实际工作过程中要承受弯曲、扭转组合变形，同时由于高压筒体工作受力为对称循环，因此高压筒体进行工况下的受力分析及建模，对于结构的合理设计具有指导意义。1.6设计的主要工作1.建立有限元分析模型；为了满足工程师快捷的解决复杂工程问题，ANSYS 开发了与CAD软件(如PRO/ENGINEER、UG、SOLIDWORKS、AutoCAD)的数据接口，实现了数据交换。用户可以将用CAD完成的三维零件直接导入到ANSYS中进行网格划分并进行分析计算。高压电器筒体模型是一个中等复杂程度的模型，在构造其三维实体模型时，会产生许多曲面造型，这就产生一个问题：用CAD软件（本人用的是PRO/ENGINEER和SOLIDWORKS）建立的三维模型在导入ANSYS时总是产生问题，无法显示或导致模型无法划分网格。而解决方法也比较复杂。ANSYS软件本身也提供了强大的建模功能，通过GUI操作，可以方便的交互式访问程序的各种功能和命令，虽然在构建圆弧面部分比较复杂，但模型建立后，可以直接进行后续操作，不会产生网格无法划分等问题。所以我采用直接用ANSYS建立模型。2.进行有限元模型的静态分析在模型建立完成后，可以进行高压电器筒体的静态分析。（1）选择单元类型、定义材料属性（2）合理设定模型网格（3）给模型添加约束（4）施加载荷并求解（5）查看结果并得出结论3.进行有限元模型的疲劳分析疲劳分析是在模型进行有限元静态分析之后进行的。该高压电器筒体受循环载荷的影响，进行疲劳分析可以得出其疲劳使用系数。2.前期计算2.1预紧力的计算绝大多数螺纹在装配时都必须拧紧，使连接在承受工作载荷之前，预先受到力的作用。这个预加的作用力称为预紧力。预紧的目的在于增强连接的可靠性和紧密性，以防止连接件出现缝隙或发生相对滑移。经验表明：适当选用较大的预紧力对螺栓连接的可靠性及连接件的疲劳强度都是有利的，特别对于像气缸盖、管路凸缘、齿轮箱、轴承盖等紧密性要求较高的螺栓连接，预紧尤为重要。但过大的预紧力会导致整个连接的结构尺寸增大，也会使连接件在装配或偶然过载时被拉断。因此，为了保证连接所需要的预紧力，又不使螺纹连接件过载，对重要的螺纹连接，在装配时要控制预紧力。通常规定：拧紧后螺纹连接件在预紧力作用下产生的预紧应力不得超过其材料屈服极限的80%。对于一般连接用的钢制螺栓连接预紧力Fo,推荐按下列关系确定：碳素钢螺栓 Fo(0.60.7) Ai合金钢螺栓 Fo(0.50.6) Ai式中：螺栓材料的屈服极限； Ai螺栓危险截面的面积，Ai预紧力的具体数值应根据载荷性质、连接刚度等具体工作条件确定。对于重要的或有特殊要求的螺栓连接，预紧力的数值应在装配图上作为技术条件注明，以便在装配时加以保证。受变载荷的螺栓连接的预紧力应比受静载荷的大些。本设计中筒体端部法兰螺栓连接处螺栓选用碳素钢螺栓。屈服极限=270Mpa螺栓截面尺寸Ai=0.0000785则螺栓预紧力Fo(0.60.7) Ai=0.6=12717N取螺栓预紧力Fo=12000N3.模型创建3.1高压电器筒体图示及设计要求图3-1主视图 图3-2左视图技术要求：容量： 0.37m， 材料 20钢 额定压力： 0.50Mpa 最高使用压力：0.65Mpa 水压试验压力：0.98Mpa 气密试验压力：0.65Mpa3.2建立有限元分析模型3.2.1模型和模型描述该高压电器筒体所用材料的弹性模量为2.1E11，泊松比为0.3该筒体尺寸（内径和外径）已经确定。由于三通连接处内外均为圆弧过渡，过渡圆弧面不同，筒体承压能力也不同，因此需要设计筒体圆弧过渡面。筒体尺寸如图1、图2所示（详见附图1）, 先假设筒体连接处外圆弧半径为0.04m，内壁过渡圆弧半径为0.06m,筒体所受内压为最高使用压力0.65Mpa。如图所示此模型可简化为对称模型，即取筒体的1/2。这样可以大大简化计算量，缩短计算时间。3.2.2操作过程此模型的建立和求解过程比较复杂，可以分为下面几个步骤：(1)定义单元及材料属性； (2)建立两个垂直相交的等径圆筒； (3) 剖分、删除多余筒体，保留1/4筒体，建立过渡圆弧面； (4) 镜像所得1/4筒体，初步得到整个筒体； (5) 建立筒体端面法兰，并建立法兰螺栓孔； (6) 在模型上创建吸附法兰，配管接头及接地座； (7) 剖分，取该模型的1/2； (8) 在主筒体剖分面上建立螺栓模型； (9) 网格化模型（10）进行内压受力分析和螺栓预紧力分析； (11) 进行筒体疲劳分析。3.2.3进入ANSYS图形交互界面启动ANSYS程序，Change job name为Step1。单击OK进入ANSYS图形交互界面。3.2.4设置解题类型单击ANSYS Main Menu中的Preference，选中Structure复选框，单击OK按钮。3.2.5添加单元类型依次单击Main MenuPreprocessorElementAdd/Edit/Delete,弹出对话框。单击Add按钮，弹出Library of Element Types对话框。选择Solid选项、Brick 8node 45（砖形8节点单元，在单元库中编号为45）选项，如图2-3所示：图3-3 添加单元类型单击OK按钮，并单击Close按钮，完成单元类型的添加。3.2.6添加材料属性依次单击PreprocessorMaterial PropsMaterial Model, 弹出Define Material Model Behavior对话框。在对话框右面的列表框中，依次双击StructuralLinearElasticIsotropic,输入弹性模量2.1e11，泊松比0.3。依次双击对话框右侧StructuralThermal ExpansionSecant CoefficientIsotropic, 在ALPX输入框内输入1.3e-5单击OK按钮，单击Material 中的Exit命令退出。 图3-4添加材料属性3.2.7实体建模3.2.7.1创建筒体依次点击PreprocessorModelingCreatVolumesCylinderBy Dimensions,弹出如下图2-5所示对话框：图3-5输入如图所示数值，单击退出。在ANSYS Command Prompt中输入命令：local，11，0，0，0，0.485及Wpcsys,-1，（创建局部坐标系并将工作平面平移至刚创建的局部坐标系之上）。将工作坐标系的Z轴绕Y轴逆时针旋转90，使Z轴方向与主筒体方向平行。绕Y轴负方向旋转调整滚动条至90图3-6图3-7依次点击PreprocessorModelingCreatVolumesCylinderBy Dimensions,弹出如下图2-7所示对话框：图3-8步骤2：建立两个垂直相交的等径圆筒完成3.2.7.2创建过渡圆弧面1.依次单击PreprocessorModelingOperateBooleansDivideVolume By Workplane,在弹出的对话框中单击Pick All。第一次剖分完成。2.将工作坐标系Z轴绕X轴负方向旋转90。然后重复第一次剖分的过程。（由于在ANSYS中用工作面剖分体只能用XY平面，所以才进行坐标轴的旋转）3.依次单击PreprocessorModelingDeleteVolume and Below，弹出选择对话框。在Graphics Window中选择要删除的实体，单击OK按钮。此时屏幕上的模型如图2-9所示：图3-94.将主筒体剩余部分剖分成两部分单击PlotCtrl菜单中的Numbering命令，打开Keypoint numbers和Line numbers按钮，弹出如图所示对话框，单击OK完成设置。单击Plot菜单中的Lines命令，应用视图控制面板放大Graphics Windows中显示模型，调整模型显示。图3-10依次单击PreprocessorModelingCreatAreasArbitraryThrough Keypoints，弹出关键点选择对话框，在Graphics Window中依次选择关键点28，29，12，13，单击OK完成设置。图3-11依次单击PreprocessorModelingOperateBooleansDivideVolume by area,弹出对话框，单击V2（或输入2，按Enter键），单击Apply 按钮，再单击选择刚生成的面（或输入1，按Enter键），单击OK，完成主筒体剩余部分的剖分。查看Output Window，可以发现剖分后新产生的体的编号为3、4.此时模型如图2-12所示。图3-125.删除体保留面依次单击PreprocessorModelingDeleteVolumes Only。在Graphics Windows中选择1和4（或输入“1，4”按Enter键），单击OK完成删除体操作。6.删除多余面单击PlotCtrl菜单中的Numbering命令，打开Line numbers和Areas numbers按钮。删除主、支筒体外表面相交的多余面依次单击PreprocessorModelingOperateBooleansOverlapAreas，弹出选择对话框。在屏幕上选择A8和A18，单击OK按钮，完成Overlap操作。此时观察Output Windows，可以发现经过Overlap操作原来的两个面生成4个新面，新面的编号为5，6，10，13。Graphics Windows中两个可视外表面编号为13和10。所以Overlap后多余的面为5，6。接下来删除这两个多余的面。依次单击PreprocessorModelingDeleteArea and Below,弹出选择对话框。由于我们已知多余面的编号为5和6，即可直接输入两个面得编号“5，6”，按Enter键。单击OK按钮，完成删除操作。删除主、支筒体内表面相交的多余面依次单击PreprocessorModelingOperateBooleansOverlapAreas，弹出选择对话框。在屏幕上选择A9和A20，单击OK按钮，完成Overlap操作。此时观察Output Windows，可以发现经过Overlap操作原来的两个面生成4个新面，新面的编号为5，6，8，18。Graphics Windows中两个可视外表面编号为8和18。所以Overlap后多余的面为5和6。接下来删除这两个多余的面。依次单击PreprocessorModelingDeleteArea and Below,弹出选择对话框。由于我们已知多余面的编号为5和6，即可直接输入两个面得编号“5，6”，按Enter键。单击Apply按钮，完成删除操作。再输入编号“3，4，12，21” 按Enter键。单击OK按钮，完成删除操作。经过以上操作，模型显示如图2-13所示：图3-137.做过渡圆弧面做主、支筒体外表面的过渡圆弧面依次单击PreprocessorModelingCreatAreasArea Fillet，弹出选择对话框。在Graphics Windows中单击A13和A10面。单击OK按钮，弹出Area Fillet对话框，如图所示：图3-14做主、支筒体内表面的过渡圆弧面依次单击PreprocessorModelingCreatAreasArea Fillet，弹出选择对话框。在Graphics Windows中单击A8和A18面。单击OK按钮，弹出Area Fillet对话框，如图所示：图3-15查看Output Window，可发现外表面新产生的3个面编号分别为：6、9、10。内表面新产生的3个面编号分别为3、4、5。做补充面首先做用于连接面的线。依次单击PreprocessorModelingCreatLinesLinesStraight Line，弹出选择对话框，在Graphics Window中依次选择关键点25、26；27、28，单击OK完成设置。依次单击PreprocessorModelingCreatAreasArbitrary By Lines，弹出选择对话框，输入“8，33，34，25”，单击Apply完成设置，输入“9，38，41，25”，单击Apply完成设置，输入“6，7，8，9”， 输入“29，37，35，8”，单击Apply完成设置，输入“9，44，42，14”，单击OK完成设置。经过以上操作，所得圆弧面如图所示：图3-16用面围成体依次单击PreprocessorModelingCreatVolumesArbitrary By Areas，弹出选择对话框，输入“1，3，6，8，18，19”，单击Apply完成设置，再输入“4，8，9，12，13”，单击Apply完成设置，再次输入“2，5，710，12，20”，单击OK完成设置。在Utility Menu中点击PlotVolumes，然后单击PlotCtrl菜单中的Numbering命令，打开Volumes按钮。经过以上操作，所得模型如图所示：依次单击PreprocessorModelingOperateBooleansAddVolumes，弹出选择对话框,选择Pick All。将4个体合为一个体。依次单击PreprocessorNumbering CtrlsCompress Numbers，在弹出的对话框中Lable Item to be compressed选项中选择All，单击按钮关闭对话框。图3-173.2.7.3创建完整筒体模型依次单击PreprocessorModelingReflectVolumes，选择Pick All，如下图2-18所示图3-18单击OK完成设置。图3-19依次单击PreprocessorModelingReflectVolumes，选择Pick All，如下图所示：依次单击PreprocessorModelingOperateBooleansAddVolumes，弹出选择对话框,选择Pick All。依次单击PreprocessorNumbering CtrlsCompress Numbers，在弹出的对话框中的Lable Item to be compressed选项中选择All，所得模型如图所示：图3-20将工作坐标系的Z轴绕X轴逆时针旋转90，使Z轴方向与主筒体方向平行。图3-21依次点击PreprocessorModelingCreatVolumesCylinderBy Dimensions,弹出如下图所示对话框：依次单击PreprocessorModelingOperateBooleansSubtractVolumes，弹出选择对话框,选择V1，点击OK按钮，弹出第二个对话框，选择V2，点击OK按钮，完成减操作。3.2.7.4创建筒体端面法兰及螺栓孔图3-22依次点击PreprocessorModelingCreatVolumesCylinderBy Dimensions，弹出如下对话框：图3-23单击Apply完成设置。弹出如下图2-24所示对话框：图3-24单击OK按钮。完成设置。依次单击PreprocessorModelingOperateBooleansAddVolumes，弹出选择对话框,选择Pick All。依次单击PreprocessorNumbering CtrlsCompress Numbers，在弹出的对话框中的Lable Item to be compressed选项中选择All。单击UtilityMenuWorkplaneOffset WP by Increments,弹出工作平面控制面板，将Degrees滚动条拉至90，且绕Y轴负方向旋转一次。依次点击PreprocessorModelingCreatVolumesCylinderBy Dimensions，弹出如下图2-25所示对话框：图3-25输入图示数据并点击OK按钮，完成设置。依次单击PreprocessorModelingOperateBooleansAddVolumes，弹出选择对话框,选择Pick All。图3-26依次单击PreprocessorNumbering CtrlsCompress Numbers，在弹出的对话框中的Lable Item to be compressed选项中选择All。在ANSYS Command Prompt中输入命令：local，11，0，0.6，0.335，0.485单击Enter键后输入Wpcsys,-1，（创建局部坐标系并将工作平面平移至刚创建的局部坐标系之上）。将工作坐标系的Z轴绕Y轴逆时针旋转90，使Z轴方向与主筒体方向平行。依次点击PreprocessorModelingCreatVolumesCylinderBy Dimensions, 弹出如下对话框：图3-27在ANSYS Command Prompt中输入命令：local，12，1，0，0，0.485，0，0，90，即此局部坐标系编号12，将此圆柱坐标系平移至（0，0，0.485）点，同时坐标系绕Y轴正方向旋转90。图3-28依次点击PreprocessorModelingCopyVolumes,弹出对话框，选择刚创建的小圆柱，点击OK后，弹出如图2-28所示对话框：依次单击PreprocessorModelingOperateBooleansSubtractVolumes，弹出选择对话框,选择主筒体,点击Apply后，选择复制出来的所有小圆柱，单击OK完成设置。依次点击PreprocessorModelingCreatVolumesCylinderBy Dimensions, 弹出如下图2-29所示对话框：图3-29依次点击PreprocessorModelingCopyVolumes,弹出对话框，选择刚创建的小圆柱，点击OK后，弹出如图所示对话框。单击OK完成设置。依次单击PreprocessorModelingOperateBooleansSubtractVolumes，弹出选择对话框,选择主筒体,点击Apply后，选择复制出来的所有小圆柱，单击OK完成设置。在ANSYS Command Prompt中输入命令：local，11，0，0，0.335，0单击Enter键后输入Wpcsys,-1，（创建局部坐标系并将工作平面平移至刚创建的局部坐标系之上）。依次点击PreprocessorModelingCreatVolumesCylinderBy Dimensions, 弹出如下对话框，输入如图2-30所示内容，单击按钮完成设置。图3-30在ANSYS Command Prompt中输入命令：local，12，1，0，0，0(创建圆柱坐标系并平移至原点)。依次点击PreprocessorModelingCopyVolumes,弹出对话框，选择刚创建的小圆柱，点击OK后，弹出如图所示对话框。单击OK完成设置。图3-31依次单击PreprocessorModelingOperateBooleansSubtractVolumes，弹出选择对话框,选择筒体,点击Apply后，选择复制出来的所有小圆柱，单击OK完成设置，如图2-31所示。3.2.7.5创建吸附法兰，配管接头及接地座1.创建吸附法兰E在ANSYS Command Prompt中输入命令：local，11，0，0.25，0，0.485单击Enter键后输入Wpcsys,-1，（创建局部坐标系并将工作平面平移至刚创建的局部坐标系之上）。依次点击PreprocessorModelingCreatVolumesCylinderBy Dimensions, 弹出如下对话框，图3-32依次单击PreprocessorModelingOperateBooleansPartitionVolumes,弹出选择对话框，选择V1和V18，点击OK。依次单击PreprocessorModelingDeleteVolume And Below,弹出对话框，选择V3和V5，点击OK完成。依次单击PreprocessorModelingOperateBooleansAddVolumes，弹出选择对话框,选择Pick All。2. 创建吸附法兰F在ANSYS Command Prompt中输入命令：local，11，0，-0.305，0，0.485单击Enter键后输入Wpcsys,-1，（创建局部坐标系并将工作平面平移至刚创建的局部坐标系之上）。依次点击PreprocessorModelingCreatVolumesCylinderBy Dimensions, 弹出如下对话框，图3-33依次单击PreprocessorModelingOperateBooleansPartitionVolumes,弹出选择对话框，选择V1和V2，点击OK。依次单击PreprocessorModelingDeleteVolume And Below,弹出对话框，选择V3和V5，点击OK完成。依次单击PreprocessorModelingOperateBooleansAddVolumes，弹出选择对话框,选择Pick All。3.创建配管接头在ANSYS Command Prompt中输入命令：local，11，0，0.25，0，0.485单击Enter键后输入Wpcsys,-1，（创建局部坐标系并将工作平面平移至刚创建的局部坐标系之上）。单击UtilityMenuWorkplaneOffset WP by Increments,弹出工作平面控制面板，将Degrees滚动条拉至90，且绕X轴负方向旋转一次。依次点击PreprocessorModelingCreatVolumesCylinderBy Dimensions, 弹出如图-所示对话框，单击Apply，输入如图2-34所示数据，单击OK按钮，完成设置。图3-34图3-35依次单击PreprocessorModelingOperateBooleansAddVolumes,弹出选择对话框，选择V1和V3，点击OK，完成设置。依次单击PreprocessorModelingOperateBooleansPartitionVolumes,弹出选择对话框，选择V1和V2，点击OK。依次单击PreprocessorModelingDeleteVolume And Below,弹出对话框，选择V1和V5，点击OK完成。依次单击PreprocessorModelingOperateBooleansAddVolumes，弹出选择对话框,选择Pick All。做反向配管接头依次点击PreprocessorModelingCreatVolumesCylinderBy Dimensions, 弹出如图2-36所示对话框，图3-36单击Apply，输入如图-所示数据，单击OK按钮，完成设置。图3-37依次单击PreprocessorModelingOperateBooleansAddVolumes,弹出选择对话框，选择V1和V3，点击OK，完成设置。依次单击PreprocessorModelingOperateBooleansPartitionVolumes,弹出选择对话框，选择V1和V2，点击OK。依次单击PreprocessorModelingDeleteVolume And Below,弹出对话框，选择V1和V5，点击OK完成。依次单击PreprocessorModelingOperateBooleansAddVolumes，弹出选择对话框,选择Pick All。4.创建接地坐在ANSYS Command Prompt中输入命令：local，11，0，0.4，0，0.485单击Enter键后输入Wpcsys,-1，（创建局部坐标系并将工作平面平移至刚创建的局部坐标系之上）单击UtilityMenuWorkplaneOffset WP by Increments,弹出工作平面控制面板，将Degrees滚动条拉至40，且绕X轴负方向旋转一次。依次点击PreprocessorModelingCreatVolumesBlockBy Dimensions, 弹出如图2-38所示对话框：图3-38依次单击PreprocessorModelingOperateBooleansPartitionVolumes,弹出选择对话框，选择V1和V2，点击OK。依次单击PreprocessorModelingDeleteVolume And Below,弹出对话框，选择V3，点击OK完成。依次单击PreprocessorModelingOperateBooleansAddVolumes，弹出选择对话框,选择Pick All。依次点击PreprocessorModelingCreatVolumesBlockBy Dimensions, 弹出如图-所示对话框。单击完成设置。依次单击PreprocessorModelingOperateBooleansPartitionVolumes,弹出选择对话框，选择V1和V2，点击OK。依次单击PreprocessorModelingDeleteVolume And Below,弹出对话框，选择V3，点击OK完成。依次单击PreprocessorModelingOperateBooleansAddVolumes，弹出选择对话框,选择Pick All。图3-39经过以上操作，该高压电器筒体的完整模型创建完毕。如下图2-40所示：图3-40：整体模型对于比较复杂的模型，建模完成后，通常要检查模型是否完美。该高压电器筒体包含多个曲面、孔和弧面，局部细节的不收敛可能造成模型无法网格化，进而不能进行后续操作。因此模型在完全建立后，先进行整体模型的网格化，以检查此模型是否完美。依次单击PreprocessorMeshingVolumesFree,弹出对话框，选择Pick All。计算完成后，模型网格化完成后如图2-41所示。图3-41：网格化模型3.2.7.6对整体模型进行剖分，取模型的1/2进行后续操作在ANSYS Command Prompt中输入命令：local，11，0，0，0，0.485单击Enter键后输入Wpcsys,-1，（创建局部坐标系并将工作平面平移至刚创建的局部坐标系之上）单击UtilityMenuWorkplaneOffset WP by Increments,弹出工作平面控制面板，将Degrees滚动条拉至90，且绕X轴负方向旋转一次。依次单击PreprocessorModelingOperateBooleansDivideVolume By Workplane,在弹出的对话框中单击Pick All。依次单击PreprocessorModelingDeleteVolume And Below,弹出对话框，选择V3，点击OK完成。所得半模型如下图2-42所示：图3-42：1/2模型3.2.7.7在主筒体剖分面上建立螺栓模型1.定义单元类型依次单击Main MenuPreprocessorElementAdd/Edit/Delete,弹出对话框。单击Add按钮，弹出Library of Element Types对话框。选择SolidTet10node选项，如图2-43所示：图3-432.添加材料属性依次单击PreprocessorMaterial PropsMaterial Model, 弹出Define Material Model Behavior对话框。点击对话框左上角的MaterialNew Model,弹出对话框如下：图3-44单击OK按钮完成操作。在对话框右面的列表框中，依次双击StructuralLinearElasticIsotropic,输入弹性模量2.0e11，泊松比0.338。 依次双击对话框右侧StructuralThermal ExpansionSecant CoefficientIsotropic, 在ALPX输入框内输入8.4e-6,如下图2-45所示：图3-45点击对话框左上角的MaterialExit，退出对话框。依次单击PreprocessorLoadsDefine LoadsSettingsReference Temp,弹出如下图2-46所示对话框：图3-46输入图示数据，点击OK完成设置。3建立螺栓组模型在ANSYS Command Prompt中输入命令：local，11，0，-0.72，0，0.82单击Enter键后输入Wpcsys,-1，（创建局部坐标系并将工作平面平移至刚创建的局部坐标系之上）单击UtilityMenuWorkplaneOffset WP by Increments,弹出工作平面控制面板，将Degrees滚动条拉至90，且绕Y轴负方向旋转一次。创建螺栓下头依次点击PreprocessorModelingCreatVolumesCylinderBy Dimensions, 弹出如图2-47所示对话框：图3-47创建螺柱点击Apply，在弹出的对话框中输入图2-48所示数据，图3-48创建垫片点击Apply，在弹出的对话框中输入图2-49所示数据，图3-49创建螺栓上头点击Apply，在弹出的对话框中输入图2-50所示数据，图3-50经过以上操作，螺栓模型已经完全创建。如下图2-51所示：图3-51：螺栓组模型依次单击PreprocessorModelingOperateBooleansGlueVolumes,在弹出的对话框中单击Pick All。依次单击PreprocessorNumbering CtrlsCompress Numbers，在弹出的对话框中的Lable Item to be compressed选项中选择All。4对模型进行静态有限元分析4.1网格化模型依次单击Main MenuPreprocessorMeshingMeshtool,弹出对话框，选择Pick All。计算完成后，模型网格化完成后如图3-1所示。选择Global后点击Set确定Smart Size关闭图4-1点击Set后，出现如图3-2所示对话框：选择材料编号1图4-2完成图示设置后，点击OK按钮。点击Mesh按钮，在弹出的选择对话框中选中V3和V5，点击OK，对V3和V5进行网格化。依次单击Utility MenuPlotVolumes,在输出框中显示实体。重复图所示设置，点击Set后，出现如图3-3所示对话框：选择材料编号2图4-3点击Mesh按钮，在弹出的选择对话框中选中V1、V2和V4，点击OK，对V1、V2和V4进行网格化。图4-4：网格化1/2模型完成以上操作后，对模型的网格化已经完成。如图3-4所示：4.2加载内压力和螺栓预紧力进行有限元分析4.2.1受力分析前的准备工作依次点击Utility MenuPlotCtrlsNumbering弹出如下对话框：选择MaterialNumber依次单击Utility MenuPlotElementsMain MenuPreprocessorSectionPretensionPretensnMeshWithOptionsDivide At ValuElements in Volu,选择V1单击OK键弹出如下图-对话框，输入图3-6所示数据，单击OK按钮完成设置。图4-6依次单击Utility MenuSelectComp/AssemblyCreate Com