ANSYS课程论文

1、研 究 生 课 程 论 文(2013-2014学年第一学期)卧式蒸汽减温器有限元分析研究生： 程兴提交日期： 2014年2月10日 研究生签名： 学 号201321002784学 院机械与汽车工程学院课程编号S0807060课程名称过程装备系统动态仿真技术学位类别工程硕士任课教师郭崇志 老师教师评语：成绩评定： 分 任课教师签名： 年 月 日卧式蒸汽减温器有限元分析摘要：本文利用有限元软件ANSYS建立了卧式蒸汽减温器的有限元模型，并对其在加压状态下的整体结构进行静力分析，得到不同部位的变形趋势、位移大小、应力分布，通过对比分析得到受力和变形最大的部位，对工厂的安全生产具有重要的指导作用。关键

2、词：减温器；ANSYS；应力分析；路径 Abstract：This paper, by using finite element software ANSYS to establish the finite element model of Horizontal Steam Desuperheater，then launch the static analysis to its overall structure in the condition of pressure, so as to get the deformation trend, displacement, stress dist

3、ribution in different part. Through the comparative analysis to find the location which has the biggest force or deformation .This has a great guiding role for the safe production of the factory.Keywords : Desuperheater ；ANSYS ；Stress analysis ；Path前言：蒸汽减温器是节能工程普遍采用的一种设备，该设备由减温水雾化装置与组合式汽化单元两大部分组成，雾化

4、喷嘴对减温水进行压力雾化，分散于高温蒸汽汽流中，组合式汽化单元进一步对雾化减温水强制性旋转、剪切破碎，并在汽化单元内件表面被吸热汽化，显著强化了汽化过程，达到高温蒸汽的减温。1.创建模型1.1建立GUI分析环境1.1.1设置工作文件名。单击Utility Menu/file/change Jobname，弹出对话框，设置工作文件名为Pingban Stress Analysis，在New log and error file中选yes，同进点击OK，则工作文件名显示在上方。1.1.2建立工作标题。单击File/change title，弹出对话框，输入标题Pingban Stress Anal

5、ysis。设置后，工作标题将在“图形输出窗口”上显示。1.2创建减温器的筒体执行MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Hollow Cylinder创建隔板MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Solid Cylinder移动WP，在筒体右端再做一个相同的隔板WP>Offset WP by IncrementsMM>Preprocessor>Modeling>Create>V

6、olumes>Cylinder>Solid Cylinder向右移动并旋转WP ，在右侧创建封头WP>Offset WP by IncrementsMM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Sphere>By Dimensions同理，向左移动并旋转WP ，在左侧创建封头1.3创建阀门及附件移动WPWP>Offset WP to>Global OriginWP>Offset WP by Increments. 创建阀门K4先创建空心圆柱MM>Preprocessor>Mod

7、eling>Create>Volumes>Cylinder>Hollow Cylinder将圆柱体与筒体进行搭接MM>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Overlap选中将要搭接的两个体，点击OK然后将多余的部分删除MM>Preprocessor>Modeling>Delete得到所需图形如下移动WPWP>Offset WP by Increments.创建锥台MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Co

8、ne>By Dimensions在椎体中间再创建个半径为20的实心圆柱体MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Solid Cylinder 减去该圆柱体MM>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Subtract>Volumes先选被减体，再选减体移动WPWP>Offset WP by Increments创建圆盘MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volume

9、s>Cylinder>Hollow Cylinder再创建三个空心圆盘如图所示在两个大圆盘上打孔移动WPWP>Offset WP by Increments做辅助块体1MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Solid Cylinder移动WPWP>Offset WP by Increments 做类似于辅助块体1做辅助块体2MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Solid Cyli

10、nder移动WPWP>Offset WP by Increments旋转WPWP>Offset WP by Increments移动WPWP>Offset WP by Increments类似于辅助块体1和2做辅助块体3MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Solid Cylinder移动并旋转WP 关于Y-Z面镜像辅助块体1、2、3MM>Preprocessor>Modeling>Reflect>Volumes选中被镜像的辅助块体1、2、3，再选择镜像平面

11、，得到如下图形将坐标系转换为柱坐标系Workplane>Change Active CS to>Global CylindricalLocal Coordinate Systems>Crate Local CS>At WP Origin>复制辅助模块MM>Preprocessor>Modeling>Copy>Volumes>选择辅助模块1>Apply>如下图所示，在DY框输入-45结果如图所示以此类推，复制出另外两个辅助模块，如图减去这8个辅助块体先把这8个辅助块体及两个圆盘搭接在一起MM>Preprocessor&

12、gt;Modeling>Operate>Booleans>Overlap>选择8个辅助块体及两个圆盘MM>Preprocessor>Modeling>Delete>Volume and Below>选择8个辅助块体>Apply结果如图所示创建K2a和K2b将WP移动到原点WP.>Offset WP to>Global Origin移动并旋转WPWP>Offset WP by Increments.创建圆柱MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cy

13、linder>Hollow Cylinder按创建K4的方法创建锥台和四个圆盘，并打八个小孔，既得K2b结果如图所示关于X-Z平面镜像K2b得到K2aMM>Preprocessor>Modeling>Reflect>Volumes，选中被镜像的K2b，再选择镜像平面，得到如下图形创建阀门S1移动并旋转WP 先创建圆柱体MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Hollow Cylinder将圆柱体与筒体进行搭接MM>Preprocessor>Modeling&g

14、t;Operate>Booleans>Overlap然后将多余的部分删除MM>Preprocessor>Modeling>Delete得到所需图形如下仿照阀门K4的做法创建空心圆锥台，MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cone>By Dimensions在椎体中间再创建个半径为20的实心圆柱体MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Solid Cylinder 将该实心圆柱体与圆锥台搭接后，

15、减去该圆柱体，结果如图所示：在圆锥台上创建一空心薄板MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Hollow Cylinder在该空心薄板上仿照刚才创建的圆锥台再创建一薄空心圆锥台，如图在圆板上打8个孔在S1与筒体连接处构建一个加强圈移动WP创建一个空心圆锥台MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cone>By Dimensions然后，将该加强圈与筒体搭接，并删除多余的部分MM>Preprocessor>Model

16、ing>Operate>Booleans>Overlap，MM>Preprocessor>Modeling>Delete结果如图所示以此类推，可做出阀门K14,K16,P1b,P1a,P5,S2和P2，其中，P2和P5需要画加强圈。结果如图所示：做大阀门P3将WP移动到原点WP.>Offset WP to>Global Origin移动并旋转WP 做空心圆柱体MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Hollow Cylinder做加强圈MM>Pre

17、processor>Modeling>Create>Volumes>Cone>By Dimensions将圆柱体、加强圈与筒体进行搭接MM>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Overlap选中将要搭接的三个体，点击OK先拆分MM>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Partition>然后将多余的部分删除MM>Preprocessor>Modeling>Delete得到所需图形如下移动WP建圆板M

18、M>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Hollow Cylinder移动WP建两个空心圆锥台MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cone>By Dimensions移动WP，再创建一个圆锥台在圆锥台上创建一个实心圆柱体移动WPMM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Solid Cylinder将该圆柱体与圆锥台搭接，MM>P

19、reprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Overlap选中将要搭接的两个体，点击OK然后删除该圆柱体MM>Preprocessor>Modeling>Delete在圆锥台上再创建一个圆盘移动WPMM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Hollow Cylinder在该圆盘上创建一个圆柱体移动WPMM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>

20、;Hollow Cylinder移动并旋转WP 在圆柱体上做半球型体封盖MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Sphere>By Dimensions旋转WP做空心圆柱体MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Hollow Cylinder将圆柱体与球体搭接，并删去多余的部分MM>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Overlap选中将要搭接的两个体，点

21、击OK先将球体拆分MM>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Partition>然后将圆柱体和球体多余的部分删除MM>Preprocessor>Modeling>Delete得到所需图形如下移动WP创建圆锥台MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cone>By Dimensions做实心圆柱体MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>

22、;Solid Cylinder将该圆柱体与圆锥台搭接后，删去该圆柱体MM>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Overlap选中将要搭接的两个体，点击OK删除该圆柱体MM>Preprocessor>Modeling>Delete做一空心圆盘移动WPMM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Hollow Cylinder做圆锥台移动WPMM>Preprocessor>Modeling>Create&

23、gt;Volumes>Cone>By Dimensions做实心圆柱体MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Solid Cylinder将该圆柱体与圆锥台搭接后，删去该圆柱体，结果如图所示仿照上面所作，在大阀门P3的三个圆盘上分别打八个孔后得接下来创建左前方的大阀门及其相连接的管道将WP移动到原点WP.>Offset WP to>Global Origin移动WPWP>Offset WP by Increments.画空心圆柱体MM>Preprocessor>

24、;Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Hollow Cylinder将该圆柱体与桶壁搭接后删除圆柱体内的桶壁部分做圆锥台移动WPMM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cone>By Dimensions做实心圆柱体MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Solid Cylinder将该圆柱体与圆锥台搭接后，删去该圆柱体，结果如图所示在该空心圆锥台上建立一个空心圆盘移动WP

25、MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Hollow Cylinder在该圆盘上再建立一个空心圆锥台移动WPMM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cone>By Dimensions做半径为84的圆柱体并挖去该圆柱体后得在大圆盘上打八个小孔，结果如图所示1.4创建内部管道先利用面沿线拉伸法创建两个连续弯管移动并旋转WP MM>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>

26、Arcs>By Cent & Radius>依次输入：得如下图形其中右上部分的1/4圆即为面拉伸时所沿的路径执行MM>Preprocessor>Modeling>Operate>Extrude>Along Lines>依次选择拉伸平面及路径，如图所示：拉伸后效果图 以线条形式显示移动WP执行MM>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Arcs>By Cent & Radius>依次输入：得如下图形其中左下1/4即为面要拉伸的轨迹执行MM>Preproc

27、essor>Modeling>Operate>Extrude>Along Lines>依次选择拉伸平面及路径，如图所示：得拉伸后效果图以线条形式显示线面简历筒体内部的长直管道移动并旋转WPMM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Hollow Cylinder接下来利用复制的方法创建另一个阀门及与其相连的长直管道执行MM>Preprocessor>Modeling>Copy>Volumes>选择要复制的对象如图所示输入数据结果如图所示接下来建立

28、两条长直管道的支撑架将WP移动到原点WP>Offset WP to>Global Origin移动WPWP>Offset WP by Increments.执行MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Solid Cylinder用WP面切割体法做出内部长直管道的支架移动并旋转WPMM>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Divide>Volu By WrkPlane>选择要切割的面>Apply&

29、gt;Delete上半部分，结果如图所示移动WP执行MM>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Divide>Volu By WrkPlane>选择要切割的面>Apply 移动并旋转WP执行MM>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Divide>Volu By WrkPlane>选择要切割的面>Apply移动WP执行MM>Preprocessor>Modeling>Operate>Boolean

30、s>Divide>Volu By WrkPlane>选择要切割的面>Apply>移动WP执行MM>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Divide>Volu By WrkPlane>选择要切割的面>Apply>移动WP执行MM>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Divide>Volu By WrkPlane>选择要切割的面>Apply>执行MM>Preprocesso

31、r>Modeling>Delete>Volume and Below>选择要删除的体>Apply>接下来将管道打通执行MM>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Overlap选中将要搭接的三个体，点击OK然后将支架内的实心部分删除MM>Preprocessor>Modeling>Delete得到所需图形如下下面利用复制的方法在管道后半部建立一个相同的支架执行MM>Preprocessor>Modeling>Copy>Volumes>选择要复

32、制的对象如图所示>Apply>结果如图所示1.5建立减温器的底座将WP移动到原点WP.>Offset WP to>Global Origin移动并旋转WPWP>Offset WP by Increments.输入MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Partial Cylinder移动WP创建块体MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Block>By Dimensions将该块体与其上面的部分

33、搭接后，再删除该块体在桶壁内部的部分执行MM>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Overlap镜像该块体到相对侧MM>Preprocessor>Modeling>Reflect>Volumes，选中被镜像的底座，再选择镜像平面，得到如下图形画前板移动WPMM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Block>By Dimensions移动WPMM>Preprocessor>Modeling>Create>

34、;Volumes>Block>By Dimensions然后将整个底座搭接在一起并删去多余的部分利用同样的方法可以在右侧再创建一个底座，结果如图所示：至此，建模工作全部完成。2.建立有限元模型2.1确定单元类型（1）单击Main Menu>Preference>Structural，单击OK。（2）单击Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete弹出Element Types对话框，单击Add，弹出Library of Element Types对话框。2.2定义材料属性单击Main Menu&

35、gt;Preprocessor>Material Props>Material Models，弹出Define Material Model Behavior窗口，点击Structural>Linear>Elastic>Isotropic，弹出材料特性对话框，输入设计变量EX,PRXY,单击OK。再单击Structural>density，输入Dens，单击OK。2.3划分网格单击Main Menu/Preprocessor/Meshing/MeshTool>Size Controls/Gobal / Set，将精度调到5级，在Element edge

36、 length 输入30，单击OK，单击Mesh。再在出来的对话框中选择所要划分的体，如图所示。由于结构形状的多样性，在许多情况下，由智能尺寸产生的网格并不合适，在这些情况下，进行网格划分时必须做更多的处理。可以通过指定单元尺寸来进行更多的控制。本次指定线上的单元边长为30mm。2.4加载与求解2.4.1 施加约束（在筒体下表面施加约束）Main Menu>Solution>Loads>Apply>Structure>Displacement>On Area，选取筒体下表面，点击OK,在弹出的对话框中，选择 All DOF，displacement valu

37、e=0，点击Ok。2.4.2 施加面载荷假设本设备工作压力5.8MPa，设计压力6MPa。Main Menu>Solution>Define Load>Apply>Structural>pressure>on areas,选取圆筒的内表面，点击OK，输入压力值6MPa。2.4.3 求解执行Main Menu>Solution>Solve>Current LS，出现求解选项和载荷选项信息，以及求解开始对话框，单击OK，开始求解，直到出现Solution is done则求解成功。2.5 后处理2.5.1 查看变形和应力强度(1) 查看变形执行

38、Main Menu>General Postproc>Plot Results>Deformed Shape>contour plot>nodal solu>dof solution>displacement vector sum,变形结果如图所示：图2.5.1.1减温器筒体模型的变形图由上图可以看出，筒体的最大变形0.738*10-4（2）查看节点应力强度图执行Main Menu>General Postproc>Plot Results>Contour Plot>Nodal Solu在弹出的对话框中选择Stress>V

39、on Mises Stress，单击OK，结果如下图所示：图2.5.1.2减温器筒体模型的应力强度图由上图可知，筒体所受到的最大应力为114422.5.2 路径分析(1)定义路径执行Select>Entities>选择Lines,By Num/Pick,如图所示：点击Apply，选择一条路径，如图所示执行Select>Entities>选择Nodes, Attached to执行Main Menu>General Postproc>Path Opuerations>Define Path>By Nodes出现选择点对话框，执行Plot>Lines,则刚才选择的线出现在图纸上，在该线上均匀的选择几个点，如图所示点击Apply出现如下对话框，输入路径名1，点击Ok 则路径1定义完