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基于ANSYS10.0的立式储罐有限元应力分析与设计
基于ANSYS10.0的立式储罐有限元应力分析与设计
目录
一、问题描述 3
二、设计基本参数如下表: 3
三、结构壁厚计算 4
四、GUI操作方式 5
五、建立几何模型 6
六、划分有限元网格 9
七、施加载荷并求解 10
八、浏览运算结果 12
九、分析结论 15
附录一 16
附录二 17
附录三 19
附录四 20
一、问题描述
1、如图1所示为一台Ф700立式储罐,其手孔的直径为Ф88,材料为16MnR,设计压力为13.5Mpa,工作压力为12.3Mpa,弹性模量为201GPa,泊松比为0.3,要求利用有限元分析对此压力容器进行应力分析设计。
2、立式储罐用途:主要用于储存气体,如燃气等,因为储罐密封性能好且能承受较高的压力,所以将气体压缩成液体后,方便于储存在储罐内。
二、设计基本参数如下表:
弹性模量 201Gpa 工作压力 12.3Mpa 设计压力 13.5Mpa 储罐直径 700 手孔直径 88 泊松比 0.3 材料 16MnR 螺栓力 82109N 封头直径 146 壁厚 34 圆弧面直径 18 封头厚 15
立式储罐结构示意简图如下图所示:
图1
在压力容器的应力分析中,压力容器部件设计关心的是应力沿壁厚的分布规律及其大小,可采用沿壁厚方向的“校核线”代替校核截面。该容器轴对称,所以只需考虑对储罐上半部分进行分析设计。法兰上的螺栓力可以转化为一个集中力F,且F=82109N。
三、结构壁厚计算
1.筒体厚度
计算厚度:
设计厚度:
名义厚度:34mm
有效厚度:
2.椭圆形封头厚度
标准椭圆封头
计算厚度:
设计厚度:
名义厚度:18mm
有效厚度:
手孔厚度
四、GUI操作方式
定义工作文件名和工作标题
定义工作文件名:执行change jobname,文件名命名为wuzu
定义工作标题: 执行change title 命令,对文件的压力进行分析
关闭三角坐标符号
定义单元类型和材料属性
选择单元类型:在elementtypes命令中选择strucral solid和quad 8node82
设置单元选项:在element type option命令框中选择k3为axisymmertic
设置材料属性:在material number 命令框中设置 ex为2.01e11,prxy为0.3
五、建立几何模型
生成矩形面,在by dimensios中设置三个矩形面数据如下:350 ,384 ,0,280
44,146,795.3,846.3,44,62,600,742.8
生成部分圆环面:执行partial annulus 命令框中设置 wpx,wpy,,theta1,rad,theta2,分别为0,280,355,8.75,373,63,0,280,355,67,.6,383,90
面叠分操作:执行booleans 下的areas命令A3和A5的面进行叠加
删除面操作:执行delete下的below命令,选择A6和A8的面
线倒角操作:执行lines下的lines fillet命令,选择要倒角的两条线在rad文本框中输入20,这则另一倒角的两条线,在RAD文本中输入10
线生成面操作:点击by lines命令 选择如下 两组三条线 生成两个面
面相减操作,在boolsean 下的areas 选择A10和A3两个面生成如下图
面向加操作:在boolsean 下的add aaread选择如下四个面生成如下图
生成关键点:选择A2面中的L5在line ratio 选项框中输入 0.348生成关
生成关键点:在ratio下输入line ratio=0.348,生成关键点21.
生成线,拾取“15,20”“22,19”“14,17”“11,21”“3,13”“4,16”“5,12”“21,5”“24,18”关键点生成九条线。再生成面。
(11)面分解操作:在Area by Line下,拾取A2,A3,A10面,拾取L33,L27,L26线,生成的图形如图所示。
(12)进行编号压缩操作
(13)合并关键点:执行Merge Items命令,弹出图所示。选择Keypoints。
(14) 保存几何模型
六、划分有限元网格
(1)连接线过渡圆弧线:执行Lines命令,拾取L22、L8和L28的线,单击OK按钮。
(2)设置单元尺寸:执行MeshTool命令,弹出划单击Set按钮,拾取L1、L3、L15、L13、L19、L25、L26、L10、L27和L31的线,弹出Element Sixes on Picked Lines对话框。输入NDIV=4。
(3)设置全局单元尺寸:MeshTool命
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