catia受压圆环的受力分析.doc

catia受压圆环的受力分析发表时间:2012-09-19 09:33来源:mfcad作者:daomi点击:536次下载源文件请点击此处一、问题描述：1.有一个受内压的圆环，内径为100mm（0.1m），外径200mm（0.2m），厚度20mm。内压60MPa，即6.0e7Pa。具体的示意图见下图2.圆环材料为钢。3.此问题经过少量简化就可以用解析解得到答案。它的理论解所用的公式见图2。（关于这些公式的来源，有兴趣的同学可以到材料力学书中查找。4.问题的简化，因为问题的对称性，这里取出圆环的1/4，建立几何模型，并施加约束，进行有限元。（实际上，对于本道问题可以进一步简化成轴对称问题，但那样做同学们就很难看到直观的演示，所以这里取出1/4圆环）。5.在1/4圆环的两个界面上施加限制周向移动的约束(因为受内压的圆环不会有周向的角度增大)。在圆环的上表面或者下表面加限制轴向移动的约束（限制空间可能产生的刚体位移，但又不产生过多的约束）。施加的约束和载荷见图36.理论解与有限元解的对比见图4。注意：当用不同的网格密度，即不同的单元大小时，有限元解会稍有不同，但用CATIA时得到的解与理论解的差距不应该大于5%。二、求解思路1.启动CATIA，建立一个圆环的3D模型，设置单位，加材料。2.进入工程分析模块，加固定约束，加均布载荷，求解，查看结果3.抛物线单元，单元边长为10mm，absolute sag为5mm。这样CATIA得到的挠度、应力与解析解基本一致，而且计算机时间比较短。三、详细过程：1.打开yuanhuan.CATPart文件2.进入到CATIA的零件有限元分析模块。然后，在特征树的finite element model.1nodes and elements下的上双击，如图5。弹出如图6的对话框，在size中输入10mm的单元边长，在absolute sag中输入5mm，并选择parabolic（抛物线型的单元类型），点击确定。当计算结束后，可以看到如图7的网格。3.进入到CATIA的零件有限元分析模块后，选择工具条中的按钮，限制扭曲梁的一个端面的6各自由度，如图8（是滑块约束，限制垂直与面的移动）4.选择工具条中的按钮，给圆环的内壁加压力（6.0e7N_m2），如图95.选择工具条中的按钮，在弹出的对话框中分别点击“确定”、YES，即可自动完成计算。6.选择工具条中的按钮，见图10。注意：此时选择工具条中按钮，（即用“物料”方式显示的模式），才能看到如图10所示的应力云图。7.计算得到的挠度见图11b。选择工具条中按钮，按钮查看位移。缺省状态时位移是向量箭头表示的，这样的显示不太清晰。在位移图上双击鼠标左键，弹出如图11a的对话框，在对话框中选择AVERAGE-ISO，即可得到如图11b的位移显示。8.选择工具条中的按钮，查看主应力。缺省状态时主应力是向量箭头表示的，这样的显示不太清晰。在主应力图上双击鼠标左键。弹出如图12a的对话框，在对话框中选择AVERAGE-ISO。按照图12b，在filtes标签内的component中选择C3。(C3是第三主应力，因为圆环是受内压的，半径方向的应力是压应力，基本上是第三主应力)，即可得到如图13的第三主应力显示。由图13可见内径处的径向应力是60MPa6.0e7Pa，外径处的应力是0.00634MPa6.34e3Pa。与解析解节解基本一致。9.接着第8步，在第三主应力图上双击鼠标左键时，弹出图14所示的对话框。在对话框的filtes标签内的component中选择C1。(C1是第一主应力，因为圆环是受内压的，圆周方向的应力是拉应力，基本上是第一主应力)，即可得到如图15的第一主应力显示。由图15可见内径处的径向应力是100MPa1.0e8Pa，外径处的应力是40MPa4.0e7Pa。与解析解节解基本一致。10.选择工具条中的按钮，自动生成报告。参考图16，在“output direc