基于ANSYS10.0的立式储罐有限元应力分析与设计.doc

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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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