压力容器管板厚度的优化设计步骤

压力容器管板厚度的优化设计 有限元作业 班级： 姓名： 学号： 指导老师： 年 月 日一、考试题目： 如上图所示为某厂一台氨冷器的结构示意图，属于U型管式换热器，其相关的参数如下：设计压力：管程：Pt=（31.4+ 4610-1）MPa, 壳程：Ps=2.5MPa设计温度：管程：-10300C 壳程：-150C材料：管板：20MnMo锻件 球形封头：16MnR许用应力Sm：管板：196MPa 球形封头：147MPa材料的弹性模量Sm：E=2.0*105MPa 泊松比：v=0.3材料密度：=7.8t / m3其截面尺寸必须满足如下限制条件：790mmb（ 820+4610）mm, 340mmh（390+ 4610）mm。请设计管板的厚度h和管板的外半径b,在满足给定的强度要求下使得管板的重量最小。(系数K=学号最后两位数（如：2013*46），那么K=46)要求：写出操作步骤和命令流，定义工作文件名和工作标题为你的姓名拼音+学号,A4纸双面打印（封面页不双面打印），图的底色为白色，不能为黑色，命令流分两栏打印。GUI操作 参考ANSYS工程应用实例解析龚曙光P263-P277注： P266的（3）建立几何模型的7）不做； P268的（4）划分有线单元网格的15）不做； P269的（5）施加载荷并求解的1）“L20”改为“L21”； P269的（5）施加载荷并求解的2）“1375”节点等同于“12”关键点；P270的（5）施加载荷并求解的3）要注意选择倒角线等； P270的（6）进入后处理器计算单元总体积5）中“1834”“2324”节点等同于关键点“1”“4”；命令流方式（注，需要参照书本做一遍，根据保存数据得到，使用命令流才有效，否则效果不对，如果出现效果不对，要关闭软件再试一次命令流）（1） 定义工件文件名及工作标题（2） 定义材料属性及单元类型1） 定义材料属性及单元类型如图2-1 如图1-12） 设置当量材料的属性类同于图2-13） 定义第一个单元类型如图2-2 如图1-24） 定义第二个单元类型类同于如图1-25） 输入设计参数如图2-3 如图2-3（3） 建立几何模型1） 生成矩形面积如图3-1如图3-12)生成环形面 如图32 如图323)面相加操作进行Booleans运算 选择PICK ALL4）倒角操作如图3-3 如图3-35） 由倒角围城一个面积如图3-4 如图3-46） 面相加进行Booleans运算 选择PICK ALL生成结果如35保存文件File save as （4） 划分有限元网格1） 显示工作平面2） 移动工作平面到关键点3） 显示移动工作平面工具条4） 旋转工作平面5） 分开面6） 移动工作平面到关键点7） 分开面8） 移动工作平面到关键点9） 旋转工作平面10） 分开面11） 移动工作平面到指定位置12） 旋转工作平面13） 叠分面14） 显示15） 连线进行布尔相加选择线L7，L23 如图41 图4116） 显示划分网格工具条17） 设置拾取线上网格的划分数拾取编号L10，9，15，20，13 NDIV=6,如图42同理拾取编号L6，8，3 NDIV=3；L21,22,7 NDIV=4 图4218） 设置单元尺寸大小19） 划分第二区的网格20） 设置网格的属性21） 划分自由网格22） 设置网格的属性23） 划分第一区的网格24） 保存网格划分的结果（5） 施加载荷并求解1） 在线上施加边界约束约束下1,10,21 如图51 图512） 在节点上施加边界约束选中关键点12如图52 图523） 施加面载荷选取L16,8，3，14，11 如图53 图534） 运算求解5） 保存结果（6） 进入后处理计算单元总体积1） 定义单元表格2） 计算单元体积的总和3） 取出体积的值4） 计算初始重量5） 定义路径选取关键点1和4 如图61 图616） 映射数据到路径上7） 得到路径上最大的VON MISES8） 生成优化文件（7） 进入优化处理器并指定分析文件1） 指定分析文件2） 指定设计变量3） 设置状态变量4） 保存优化数据5） 设置目标函数6） 指定优化方法7） 运行优化8） 指定优化方法9） 运行优化10） 保存优化运行结果（8） 查看优化结果1） 查看最佳设计序列如图81 图812） 列出所有序列的结果如图82 图823） 显示目标函数的变化规律如图83 图83命令流（左右分栏）如下：/TITLE,xianghui46 /PREP7 MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,2e5MPDATA,PRXY,1,0.3 MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,2,1.08e5 MPDATA,PRXY,2,0.305ET,1,PLANE82KEYOPT,1,3,1KEYOPT,1,5,0KEYOPT,1,6,0ET,2,PLANE2 KEYOPT,2,3,1KEYOPT,2,5,0KEYOPT,2,6,0*SET,B,0.820+0.46 *SET,H,0.390+0.46 *SET,SR,0.700 *SET,h1,0.050 *SET,DENS,7.8 RECTNG,0,B,0,H, RECTNG,SR,B,H,H+H1, CYL4,0,H+H1,SR,0,B,90 FLST,2,3,5,ORDE,2 FITEM,2,1 FITEM,2,-3 AADD,P51X LFILLT,8,14,0.010, ,FLST,2,3,4 FITEM,2,6 FITEM,2,5 FITEM,2,3 AL,P51X FLST,2,2,5,ORDE,2 FITEM,2,1 FITEM,2,4 AADD,P51X KPLOT KWPAVE, 6 wprot,0,90 APLOT ASBW, 2 KWPAVE, 7 ASBW, 1 KWPAVE, 9 wprot,0,0,90ASBW, 3 FLST,2,1,8 FITEM,2,0,0.31,0WPAVE,P51X wprot,0,0,-90 FLST,2,2,5,ORDE,2 FITEM,2,1 FITEM,2,5 ASBW,P51X LPLOT WPSTYLE,0FLST,2,2,4,ORDE,2 FITEM,2,7 FITEM,2,23 LCOMB,P51X, ,0 FLST,5,5,4,ORDE,5 FITEM,5,5 FITEM,5,9 FITEM,5,-10 FITEM,5,13 FITEM,5,20 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,_Y1,LINE CMSEL,_Y LESIZE,_Y1, , ,6, , , , ,1 FLST,5,3,4,ORDE,3 FITEM,5,3 FITEM,5,6 FITEM,5,8 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,_Y1,LINE CMSEL,_Y LESIZE,_Y1, , ,3, , , , ,1 FLST,5,3,4,ORDE,3 FITEM,5,7 FITEM,5,21 FITEM,5,-22 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,_Y1,LINE CMSEL,_Y LESIZE,_Y1, , ,4, , , , ,1 ESIZE,0.02,0, APLOT MSHAPE,0,2D MSHKEY,1APLOT FLST,5,3,5,ORDE,3 FITEM,5,2 FITEM,5,4 FITEM,5,7 CM,_Y,AREA ASEL, , , ,P51X CM,_Y1,AREA CHKMSH,AREA CMSEL,S,_Y AMESH,_Y1 CMDELE,_Y CMDELE,_Y1 CMDELE,_Y TYPE, 2 MAT, 1REAL, ESYS, 0 SECNUM, APLOT MSHKEY,0CM,_Y,AREA ASEL, , , , 8 CM,_Y1,AREA CHKMSH,AREA CMSEL,S,_Y AMESH,_Y1 CMDELE,_Y CMDELE,_Y1 CMDELE,_Y2 TYPE, 1 MAT, 2REAL, ESYS, 0 SECNUM, MSHKEY,1FLST,5,2,5,ORDE,2 FITEM,5,3 FITEM,5,6 CM,_Y,AREA ASEL, , , ,P51X CM,_Y1,AREA CHKMSH,AREA CMSEL,S,_Y AMESH,_Y1 CMDELE,_Y CMDELE,_Y1 CMDELE,_Y2 LPLOT /PNUM,KP,0 /PNUM,LINE,1/PNUM,AREA,0/PNUM,VOLU,0/PNUM,NODE,0/PNUM,TABN,0/PNUM,SVAL,0/NUMBER,0 /PNUM,ELEM,0/REPLOT FINISH /SOLFLST,2,3,4,ORDE,3 FITEM,2,1 FITEM,2,10 FITEM,2,21 /GO DL,P51X, ,UX, /PNUM,KP,1 /PNUM,LINE,1/PNUM,AREA,0/PNUM,VOLU,0/PNUM,NODE,0/PNUM,TABN,0/PNUM,SVAL,0/NUMBER,0 /PNUM,ELEM,0/REPLOT FLST,2,1,3,ORDE,1 FITEM,2,12 /GO DK,P51X, , , ,0,UY, , , , , , FLST,2,5,4,ORDE,5 FITEM,2,3 FITEM,2,8 FITEM,2,11 FITEM,2,14 FITEM,2,16 /GO SFL,P51X,PRES,36, /STATUS,SOLUSOLVE /POST1 AVPRIN,0, , ETABLE,EVOL,VOLU, SSUM *GET,VTOT,SSUM, ,ITEM,EVOL *SET,WT,DENS*VTOT FLST,2,2,1 FITEM,2,2871FITEM,2,2103PATH,AC,2,30,20,PPATH,P51X,1PATH,STAT AVPRIN,0, , PDEF,MISES,S,EQV,AVG/PBC,PATH, ,0 *GET,VON_MISE,PATH, ,MAX,MISES ! LGWRITE,46tube_she,lgw,D:yaoyuanbizhidihehe,COMMENT FINISH /OPTOPANL,46tube_she,lgw,D:yaoyuanbizhidiheheOPVAR,B,DV,0.79,1.28, , OPVAR,H,DV,0.34,0.85, , OPVAR,VON_MISE,SV, ,294, , OPSAVE,46tube_she,opt, OPVAR,WT,OBJ, , ,0.1, OPTYPE,RUN OPEXE ! OPTIMIZATION LOOPING HAS CLEARED THE INTERNAL LOG KEYW,BETA,0 OPTYPE,FIRS OPFRST,10, , , OPEXE ! OPTIMIZATION LOOPING HAS CLEARED THE INTERNAL LOG KEYW,BETA,0 SAVE,46tubesheet_opt_resut,db,D:yaoyuanbizhidihehe GPLOT /OPT OPLIST,4, ,0 OPLIST,ALL, ,0 /AXLAB,X,iteration number /AXLAB,Y,structural weight /GTHK,AXIS,2/GRTYP,0/GROPT,ASCAL,ON /