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容器接管区的应力分析——三种加载方法的结果对比

15已有 264 次阅读  2014-02-07 11:03   标签normal  style 
容器接管区的应力分析——三种加载方法的结果对比  
 《ANSYS在机械与化工装备中的应用》一书中,压力容器开孔接管区的应力分析一例中,利用结构的对称性取开孔接管区的1/4建模。施加约束与载荷时,两个对称面施加对称约束,接管横截面约束轴向位移筒体横截面施加平衡面载荷,用ansys13.0计算结果如下图(单元186):
容器接管区的应力分析——三种加载方法的结果对比 - huludao0001 - huludao0001的博客
改变约束方式,两个对称面仍然施加对称约束,筒体横截面施加环向约束接管横截面施加平衡面载荷,筒体横截面施加平衡面载荷,计算结果如下图:
容器接管区的应力分析——三种加载方法的结果对比 - huludao0001 - huludao0001的博客
再次 
改变约束方式,两个对称面仍然施加对称约束,远离接管的筒体横截面上的一点施加Y向约束接管横截面施加平衡面载荷,筒体横截面施加平衡面载荷,计算结果如下图:
容器接管区的应力分析——三种加载方法的结果对比 - huludao0001 - huludao0001的博客
 三种施加约束的方法,得出计算结果差别较大,后两种计算结果较为接近。我一直使用第二种方法加载,第三种方法与《锅炉结构有限元分析》一书中的方法类似,第一种加载方式应该慎用。至于如何理解三种加载方式导致的计算结果的差异,还有待大家讨论。
我通常使用筒体横截面施加环向约束接管横截面施加平衡面载荷的方法,命令流如下:
! ***************环境设置************************
finish
/clear
/filn, E42 
/title, FEA of connecting zone of nozzle to cylinder
/units,si                        !采用国际单位制
! ********* 参数设定*********
Rci=1000                         ! 筒体内半径
tc=30                            ! 筒体厚度
Rco=Rci+tc                       ! 筒体外半径
Lc=4000                          ! 筒体长度
Rno=530                          ! 接管外半径
tn=15                            ! 接管厚度
Rni=Rno-tn                       ! 接管内半径
Li=193                           ! 接管内伸长度
Ln=500                           ! 接管外伸长度
rr1=30                           ! 焊缝外侧过渡圆角半径
rr2=15                           ! 焊缝内侧过渡圆角半径
pi=1.2                           ! 内压
pc=pi*Rci**2/(Rco**2-Rci**2)     ! 筒体端部轴向平衡面载荷
pn=pi*Rni**2/(Rno**2-Rni**2)     ! 筒体端部轴向平衡面载荷
!****************前处理***************************
/prep7
et,1,95                          ! 定义单元类型
mp,ex,1,2e5                      ! 定义材料的弹性模量
mp,nuxy,1,0.3                    ! 定义材料的泊松比
!****************建立模型***************************
cylind,Rco,Rci,0,-Lc/2,90,270,   ! 生成筒体
wpoff,0,0,-Lc/2                  ! 将工作面沿-Z向移动Lc/2
wprot,0,90,                      ! 将工作面沿yz旋转90度
cylind,Rno,Rni,-Ln-Rci-tc,-Rci+Li,90,180,  ! 生成接管
vovlap,all                       ! 体overlap布尔运算
vsel,s,,,7                       ! 选择筒体
*afun,deg                        ! 设定角度函数中单位为角度
ang1=2*nint(asin(Rno/Rci))       ! 计算接管区切割角度
wprot,0,0,-90+ang1               ! 旋转坐标系
vsbw,all                         ! 切割筒体
afillt,21,12,rr1                 ! 筒体与接管外表面圆角 
afillt,23,35,rr2                 ! 筒体内表面与接管外表面圆角
afillt,14,25,rr2                 ! 生成下辅助过渡圆角
afillt,13,19,rr1                 ! 生成上辅助过渡圆角
alls
askin,91,64                      ! 根据接管外过渡圆角在接管内外表面上的交线蒙面
vsba,4,13                        ! 切割外伸接管
askin,83,72                      ! 根据接管内过渡圆角在接管内外表面上的交线蒙面
vsba,5,18                        ! 切割内伸接管
askin,67,75                      ! 根据内外圆角边界蒙皮生成切割面24
vsba,2,24                        ! 切割筒体
wprot,0,,90-ang1                 ! 旋转坐标系
wprot,0,90,0                     ! 旋转坐标系
wpoff,0,0,-2*Rni                 ! 移动坐标系至接管区轴向切割位置
vsbw,all                         ! 切割筒体
VDELE,       3, , ,1             ! 删除筒体上开孔失去的部分
ADELE,      25, , ,1             ! 删除辅助面
ADELE,      35, , ,1             ! 删除辅助面
 
al,33,65,5                       ! 生成外圆角区域所需的端面
al,49,73,40                      ! 生成外圆角区域所需的端面
al,66,7,37                       ! 生成内圆角区域所需的端面
al,41,74,50                      ! 生成内圆角区域所需的端面
asel,s,,,31                      ! 选择外圆角区域各面
asel,a,,,38,39
asel,a,,,4,6,2
va,all                           ! 生成外圆角区域体
asel,s,,,21                      ! 选择内圆角区域各面
asel,a,,,41,42
asel,a,,,5,9,4
va,all                           ! 生成内圆角区域体
vsel,s,,,1,5,2                   ! 选择过渡区的体素
vsel,a,,,8,9
vsel,a,,,6
vadd,all                         ! 合并体素
alls
aadd,4,43,29,26,5,51             ! 合并过渡区端面面素
aadd,50,9,52,28,45,6             ! 合并过渡区端面面素
!划分网格
LESIZE,67, , ,80, , , , ,1       ! 指定圆周方向的剖分数
LESIZE,5, , ,5, , , , ,1         ! 指定过渡圆弧的剖分数
vsweep,10                        ! 扫略剖分该区域
alls
MSHAPE,0,3D                      ! 设定三维映射剖分
MSHKEY,1
VMESH,7                          ! 映射剖分接管上段
VMESH,4                          ! 映射剖分接管下段
accat,56,65                      ! 筒体开孔相邻区区域规则化连面
LESIZE,108, , ,40,0.5, , , ,1    ! 指定筒体接管相邻区的剖分数
VMESH,13                         ! 扫略剖分该区域
vsweep,11                        ! 扫略剖分筒体其它部分
vsweep,12
vsweep,2
alls
nummrg,all                        ! 合并所有相同项
numcmp,all                        ! 压缩
fini                            
!****************求解***************************
/solu
asel,s,loc,z,0                    ! 选择筒体端面
SFA,all,1,PRES,-pc                ! 施加端面平衡面载荷
asel,s,loc,x,0                    ! 选择对称面
asel,a,loc,z,-Lc/2                ! 选择对称面
DA,all,SYMM                       ! 施加对称约束
asel,s,loc,y,Ln+Rci+Tc            ! 选择接管端面
SFA,all,1,PRES,-pn
alls
asel,s,loc,z,0                    ! 选择筒体端面
nsla,s,0            !选择面上的节点
csys,1              !切换到柱坐标系
/prep7              !回到前处理
nrotat,all          !旋转节点坐标系至柱坐标系
/SOLU               !求解器
d,all,uy            !对节点施加Y向约束
alls
asel,s,,,7                       ! 选择内表面面素
asel,a,,,9
asel,a,,,10
asel,a,,,14
asel,a,,,18
asel,a,,,21
asel,a,,,22
asel,a,,,24
asel,a,,,26
asel,a,,,33
asel,a,,,37
asel,a,,,40
SFA,all,1,PRES,pi                 ! 施加内压
alls
solve
fini
 
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发表评论 评论 (6 个评论)

  • 低调的华丽ysg 2014-02-08 20:56
    我是酱油哥
  • zhangjuhua 2014-02-09 22:10
    看不到图片
  • jwl127 2014-02-10 16:56
    我是用第三种约束
  • ylhmao 2014-02-19 11:58
    第三种方法加Y约束是为了防止钢体位移;第二种加环向约束,在X轴与筒体交点处也相当于限制了Y轴位移,同时还使整个筒体保持圆形截面。因为是内压,所以在远离接管处圆筒截面,即使不加约束也是圆形的,所以二三中方法结果接近。
    不知道第一种方法如果接管再长点,结果会不会好点。
    个人浅见,请大家指教
  • robert.xu 2014-02-25 06:49
    第一种,第三种都用过。对于第二中,如果筒体端部部位没有加强圈,不需要限制环向位移吧。
  • LISIRCN001 2014-02-25 08:44
    robert.xu: 第一种,第三种都用过。对于第二中,如果筒体端部部位没有加强圈,不需要限制环向位移吧。
    限制环向位移,其实也是施加虚拟位移。如果是外压,筒体长度应该到设置加强圈的位置。那看来还是用第三种比较稳妥吧,加载必须平衡,否则,约束点肯定出现高应力,这样也容易发现问题。
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