ANSYS大作业管道受压.docx

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ANSYS大作业管道受压

输气管内部受压模型ANSYS分析

班级：

车辆096班

姓名：

钱满年

学号：

200904142

时间：

2012年12月

1、题目说明及分析

有一输气管道，管道内径为1200mm，外径为1600mm，其横断截面结构如图1所示，输送气体压强为0.5MPa，分析管壁的应力场分布。

管道材料弹性模量为260GPa，泊松比为0.26.

图1输气管道横截面结构示意图（mm）

分析：

管道沿长度方向尺寸较大，一般应远大于管道直径，该问题属于平面应变问题，可取其横截面的1/4建立有限元分析模型进行求解。

2、创建几何模型

（1）选择MainMenu\Preprocessor\Modeling\Create\Areas\Circle\Partial-

Annulus命令，出现PartAnnularCircle（创建圆环面）对话框。

（2）在Rad-1文本框里输入0.6，在Theta-1文本框里输入0，在Rad-2文本框里输入0.8，在Theta-2文本框里输入90，如图2所示。

（3）单击OK按钮，关闭PartAnnularCircle对话框。

屏幕上生成如图3所示几何模型。

图2图3几何模型

3、定义单元类型

（1）选择MainMenu\Preprocessor\ElementType\Add/Edit/Delete命令，出现ElementTypes对话框。

（2）单击Add按钮，出现LibraryofElementType对话框。

（3）在LibraryofElementType对话框的第一个列表框中选择StructuralSolid，在第二个列表框中选择Quad8node82，在Elementtypereferencenumber文本框中输入1.

（4）单击OK按钮，关闭LibraryofElementType对话框。

（5）单击ElementType对话框上的Option按钮，出现PLANE82Elementtypeoptions对话框。

在ElementbehaviorK3下拉列表框中选择PlaneStrain如图4所示，单击OK按钮关闭对话框。

（6）单击Close，关闭ElementType对话框。

图4图5

4、定义材料性能参数

（1）选择MainMenu\Preprocessor\MaterialProps\MaterialModels命令，出现DefineMaterialModelBehavior窗口。

（2）在MaterialModelsAvailable一栏中单击Structural选项，单击Linear选项，单击Elastic选项，单击Isotropic选项，最后出现LinearIsotropicPropertiesforMaterialNumber1对话框。

（3）在EX文本框里输入材料的弹性模量2.6E11，在PRXY文本框里输入材料的泊松比0.26，如图5所示，然后单击OK关闭该对话框。

（4）关闭DefineMaterialModelBehavior窗口，并点击SAVEDB按钮，保存上述步骤。

5、划分网格

（1）选择UtilityMenu\PlotCtrls\Numbering命令，在弹出窗口中选择LINELinenumbers复选框，使其从Off变为On，单击OK关闭对话框，在图中显示线段编号。

（2）选择MainMenu\Preprocessor\Meshing\SizeCntrls\ManualSize\Lines\

PickedLines命令，出现ElementSizeonPickedLines对话框。

（3）用鼠标在屏幕上选取编号为2、4的线段，单击OK，出现ElementSizesonPickedLines（单元尺寸大小）对话框。

（4）在NDIVNO.ofelementdivision文本框中输入4，如图6所示，单击OK关闭对话框。

图6

（5）重复上述步骤

（2），（3）选取1、3线段，在NDIVNO.ofelementdivision文本框中输入24，完成线段划分。

（6）选择MainMenu\Preprocessor\Meshing\Mesh\Areas\Free命令，出现MeshAreas对话框，用鼠标在屏幕上选取编号为建成的的面，单击OK按钮，关闭对话框后生成有限元模型如图7所示。

图7有限元模型划分网格显示

（7）点击SAVEDB按钮，保存上述步骤。

6、加载求解

（1）选择MainMenu\Solution\AnalysisType\NewAnalysis命令，出现NewAnalysis对话框。

（2）选中static单选按钮，单击OK。

（3）选择UtilityMenu\Select\Entities命令，出现SelectEntities对话框。

在第一个下拉列表框中选择Lines，在第二个下拉列表框中选择ByNum/Pick，在第三选项组中选择FromFull单选按钮。

（4）单击OK按钮，出现Selectlines对话框，用鼠标在屏幕上选取编号为2的线段，单击OK。

（5）选择UtilityMenu\Select\Entities命令，出现SelectEntities对话框。

在第一个下拉列表框中选择Nodes，在第二个下拉列表框中选择Attachedto，在第三选项组中选择Lines，all单选按钮，在第四选项组中选择FromFull单选按钮，单击OK按钮关闭该对话框。

（6）选择MainMenu\Solution\DefineLoads\Apply\Structural\Displacement\OnNodes命令，出现ApplyU，ROTonNodes对话框。

单击PickAll按钮，出现ApplyU，ROTonNodes对话框。

在Lab2DOFstobeconstrained列表框中选择UX，在Applyas下拉列表中选择Constantvalue，在VALUEDisplacementvalue文本框中输入0，如图8所示，单击OK按钮关闭该对话框。

图8

（7）重复步骤（3），单击OK按钮，出现Selectlines对话框，用鼠标在屏幕上选取编号为4的线段，单击OK。

（8）重复步骤（5），重复步骤（6），在Lab2DOFstobeconstrained列表框中选择UY，取消UX，其他步骤和（6）一致。

（9）重复步骤（3），单击OK按钮，出现Selectlines对话框，用鼠标在屏幕上选取编号为3的线段，单击OK。

（10）重复步骤（5），选择MainMenu\Solution\DefineLoads\Apply\Structural\

Pressure\OnNodes命令，出现ApplyPRESonnodes对话框。

（11）单击其上的PickAll按钮，出现ApplyPRESonnodes对话框。

（12）在【SF】ApplyPRESonnodesasa下拉列表框中选择Constantvalue，在VALUELoadPRESvalue文本框中输入5E5，如图9，单击OK关闭对话框。

图9

（13）选择UtilityMenu\Plot\Element命令，屏幕上显示施加位移约束和面力载荷后的结果，如图10所示。

图10施加约束及载荷

（14）选择MainMenu\Solution\Solve\CurrentLS命令，出现SolveCurrentLoadStep对话框，同时出现STATUSCommand窗口，关闭窗口。

（15）单击SolveCurrentLoadStep对话框OK按钮，ANSYS开始求解计算，结束时，关闭Note提示框。

（16）点击SAVEDB按钮，保存上述步骤。

7、查看计算结果

（1）选择MainMenu\GeneralPostproc\PlotResults\ContourPlot\NodalSolu命令出现ContourNodalSolutionData对话框。

（2）选择NodalSolution\DOFsolution\Displacementvectorsum,如图11所示。

单击Apply按钮，屏幕上将显示合位移场分布，如图12所示。

（3）重新在ContourNodalSolutionData对话框，选择NodalSolution\Stress\

X-directionSX，单击Apply按钮，屏幕上将显示X方向的应力场分布，如图13所示。

（4）同上，选择Y-directionSY,将得到Y方向的应力场分布，如图14所示。

（5）在ContourNodalSolutionData对话框，选择NodalSolution\Stress\

VonMisesSEQV，单击Apply按钮，屏幕上将显示等效应力场分布，如图15所示。

（6）在ContourNodalSolutionData对话框，选择NodalSolution\TotalMechanicalStrain\VonMisesEPTOEQV，单击OK关闭对话框，屏幕上将显示等效应变场分布，如图16所示。

图11

图12合位移场分布

图13X方向应力场分布

图14Y方向应力场分布

图15等效应力场分布

图16等效应变场分布

8、结论

（1）由图12、图15,、图16看出，管道内壁受压，应力及应变分布内壁最大，内部向外逐渐减小，外壁最小。

（2）由图13、图14看出，在X或Y方向应力分布最大在X（Y）径向方向，最小在Y（X）径向方向，在X、Y方向90度范围内逐渐过渡减小。