CAE作业.docx
《CAE作业.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《CAE作业.docx（25页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
CAE作业
现代CAE技术
班级：
2012级2班
专业：
油气田开发
学号：
201220082
姓名：
姚园
作业一井眼稳定性与井筒压力
地层岩石弹性模量6.54×103MPa，泊松比：
0.22，内聚力：
18MPa，内摩擦角：
28°。
地应力1=50MPa，2=（10～50）MPa，井筒内压p=（0～40）MPa，井眼直径220mm，取井眼周围约15倍井眼直径范围进行分析（即取3.0m），用弹性和弹塑性有限元分析井眼径向位移变化、井壁周围的应力变化和井眼稳定性讨论。
要求：
1.用APDL编程序。
2.结果要求Word文件分析报告。
3.报告中曲线用Excel生成。
APDL程序语言
Finish
/clear
/filname,homework1
/prep7
a=1500!
mm
b=1500!
mm
ro=110!
mm
Ex=6.54e3!
MPa
ux=0.22
ch=18!
MPa
angle=28
p1=50!
MPa
p2=10!
MPa
p0=5!
MPa
ET,1,PLANE42
MP,Ex,1,ex
MP,PRXY,1,ux
TB,DP,1,,,
TBMODIF,1,1,ch
TBMODIF,1,2,angle
RECTNG,0,a,0,b,
PCIRC,ro,,0,360,
ASBA,1,2
LESIZE,10,,,10,0.2,,,,1
LESIZE,9,,,10,0.2,,,,1
LESIZE,5,,,10,,,,,1
LESIZE,2,,,10,,,,,1
LESIZE,3,,,10,,,,,1
MSHAPE,0,2D
MSHKEY,0
AMESH,3
!
/eof
/SOL
DL,10,,SYMM
DL,9,,SYMM
SFL,3,PRES,p1
SFL,2,PRES,p2
SFL,5,PRES,p0
solve
（1）当P1=50MPa，P2、P0赋初值分别为10MPa、5MPa时，
图1.1VonMises应力云图
图1.2塑性等效应力云图
由图1.2知，在井壁附近局部区域出现塑性变形，表明在P1=50Mpa、P2=10Mpa、P0=5Mpa应力作用下井壁是不稳定。
图1.3井眼径向位移变化云图
图1.3所示上下边界位移最大，为11.258mm。
图1.4P0=5Mpa时的SEPL曲线
图1.4P0=25Mpa时的SEPL曲线
分析结果表明当两个主应力P1、P2越接近时，井壁愈稳定，即使没有内压存在，井眼仍会保持稳定。
P1为50MPa，内压P0取25MPa，当P2为20MPa时井眼是稳定的，而当P2为10MPa时会在井眼周围出现不同程度的应力集中，导致井壁失稳。
因此，井眼失稳主要是由于两个主应力的差异造成的。
但也与井眼内液柱产生的内压有很大关系，内压得存在会消除部分由于地应力的各向异性带来的井眼
附近的应力集中。
作业二.钢板受力分析
钢板：
E=2.1×105MPa；v=0.3，材料屈服应力：
650MPa，厚度=25mm；P=30MPa
1.求孔眼附近x的值（用路径曲线分析），钢板内x、y、xy以及VonMises的应力场分布，形成Word文件分析报告。
2.P约为多少时，钢板开始屈服，钢板內最大VonMises应力发生在什么位置？
孔眼内壁附件的位移变化以及各种应力变化等值线云图，形成分析报告。
要求：
1.用APDL编程序。
2.结果要求Word文件分析报告。
3.报告中曲线用Excel生成。
APDL程序语言
Finish
/clear
/filnam,homework2
a=150!
mm
b=150
r=13
h=25
Ex=2.1e5!
MPa
ux=0.3
p=30!
MPa
/PREP7
ET,1,PLANE42
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,EX,1,,ex
MPDATA,PRXY,1,,ux
RECTNG,0,a,0,b,
CYL4,,,r
ASBA,1,2
LESIZE,10,,,20,0.2,,,,1
LESIZE,5,,,10,,,,,1
LESIZE,9,,,20,0.2,,,,1
LESIZE,2,,,20,,,,,1
LESIZE,3,,,20,,,,,1
MSHAPE,0,2D
MSHKEY,0
AMESH,3
!
/eof
/SOL
DL,10,,SYMM
DL,9,,SYMM,
SFL,2,PRES,p,
SOLVE
FINISH
图2.11/4钢板X方向所受应力σx
图2.2P=30MPa时孔眼附近x的路径曲线
当P=30MPa时，钢板的受力图：
图2.3X方向所受应力
图2.4钢板Y方向所受应力
图2.5钢板所受剪切应力τxy
图2.6VonMises应力云图
欲使钢板屈服，最大应力必须达到材料的屈服极限，因分析是在弹性范围内，应力的变化服从线形分布，预测P为225.5Mpa。
P=225.5Mpa带入程序，进入ANSYS运行分析得钢板的VonMises应力分布云图：
图2.7VonMises应力云图（P=225.5Mpa）
图2.8钢板开始屈服时位移变化（XY方向）
图2.9钢板开始屈服时X方向所受应力
图2.10钢板开始屈服时Y方向所受应力
图2.11钢板开始屈服时所受剪切应力
图2.12钢板开始屈服时VonMises应力云图
作业三.桁架受力分析
A=0.046m2
E=2.1*1011N/m2
v=0.3
求反力、杆的内力、节点位移，哪些杆受压、哪些杆受拉？
要求：
1.用APDL编程序。
2.结果要求Word文件分析报告。
APDL程序语言
Finish
/clear
/PREP7
ET,1,LINK1
R,1,0.046,,
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,EX,1,,2.1e11
MPDATA,PRXY,1,,0.3
N,1,1.8,0
N,2,5.4,0
N,3,7.2,2.4
N,4,3.6,2.4
N,5,0,2.4
E,1,2
E,2,3
E,3,4
E,4,2
E,4,1
E,4,5
E,5,1
FINISH
!
/eof
/SOL
D,2,,,,,,UY,,,,,
D,3,,,,,,ALL,,,,,
F,5,FY,-20
F,4,FY,-10
/STATUS,SOLU
SOLVE
FINISH
图3.1桁架内力云图
图3.2桁架的位移变化云图
如上图3.3：
受拉的杆分别是3、5、6，
受压杆分别为1、2、4、7,。
图3.3模型示意图
1．杆的内力分析
ELEM
1
2
3
4
5
6
7
MFORX
-30.000
-87.500
52.500
-37.500
25.000
15.000
-25.000
SAXL
-652.17
-1902.2
1141.3
-815.22
543.48
326.09
-543.48
2.杆的反力分析
NODE
FX
FY
2
100.00
3
-0.35527E-13
-70.000
3.节点位移分析
NODE
UX
UY
UZ
USUM
1
0.56470E-07
-0.12993E-06
0.0000
0.14167E-06
2
0.45290E-07
0.0000
0.0000
0.45290E-07
3
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
4
-0.19565E-07
-0.63199E-07
0.0000
0.66158E-07
5
-0.25155E-07
-0.20085E-06
0.0000
0.20242E-06
作业四.管道层流和紊流
层流模拟：
1.2D管道，模拟雷诺数为90的层流问题,速度为1in/s。
2.获得解后，增加速度到50in/s，研究其对流场的影响获得新的解。
3.增加管道长度30in，研究流场变化。
尺寸和特性
入口长度
4in
入口高度
1in
过渡区长度
2in
出口高度
2.5in
初始出口长度
4in
扩展出口长度
30in
空气密度
1.21x10-7lbf-s2/in4
空气粘度
2.642x10-9lbf-s/in2
入口速度
1in/sec*
出口压力
0psi
*计算50步后重起动
APDL程序语言
Finish
/clear
/filname,Fluid_CFD
/PREP7
ET,1,FLUID141
FLDATA2,ITER,EXEC,50,
FLDATA12,PROP,DENS,0
FLDATA13,VARY,DENS,0
FLDATA12,PROP,VISC,0
FLDATA13,VARY,VISC,0
FLDATA12,PROP,COND,0
FLDATA13,VARY,COND,0
FLDATA12,PROP,SPHT,0
FLDATA13,VARY,SPHT,0
FLDATA7,PROT,DENS,CONSTANT
FLDATA8,NOMI,DENS,1.21e-7,
FLDATA9,COF1,DENS,0
FLDATA10,COF2,DENS,0
FLDATA11,COF3,DENS,0
FLDATA7,PROT,VISC,CONSTANT
FLDATA8,NOMI,VISC,2.642e-9,
FLDATA9,COF1,VISC,0
FLDATA10,COF2,VISC,0
FLDATA11,COF3,VISC,0
FLDATA12,PROP,IVIS
FLDATA7,PROT,COND,CONSTANT
FLDATA8,NOMI,COND,-1,
FLDATA9,COF1,COND,0
FLDATA10,COF2,COND,0
FLDATA11,COF3,COND,0
FLDATA7,PROT,SPHT,CONSTANT
FLDATA8,NOMI,SPHT,-1,
FLDATA9,COF1,SPHT,0
FLDATA10,COF2,SPHT,0
FLDATA11,COF3,SPHT,0
RECTNG,0,4,0,1,
RECTNG,6,10,0,2.5,
L2TAN,-3,-7
A,2,5,8,3
！
RECTNG,10,40,0,2.5,
!
---第3问执行，（增加管道长度）
！
NUMMRG,ALL,,,,LOW
!
---第3问执行
LESIZE,3,,,15,-2,,,,1
LESIZE,1,,,15,-2,,,,1
LESIZE,9,,,12,1,,,,1
LESIZE,10,,,12,1,,,,1
LESIZE,7,,,15,3,,,,1
LESIZE,5,,,15,3,,,,1
LESIZE,2,,,10,-2,,,,1
LESIZE,4,,,10,-2,,,,1
LESIZE,6,,,10,-2,,,,1
LESIZE,8,,,10,-2,,,,1
！
LESIZE,12,,,10,-2,,,,1
！
LESIZE,11,,,20,3,,,,1
！
LESIZE,13,,,20,3,,,,1
!
---第3问执行（划分网格）
MSHAPE,0,2D
MSHKEY,1
AMESH,all
*ABBR,tri,/triad,off
/triad,off
DL,4,,VX,1,1
DL,4,,VY,0,1
DL,1,,VX,0,1
DL,1,,VY,0,1
DL,3,,VX,0,1
DL,3,,VY,0,1
DL,5,,VX,0,1
DL,5,,VY,0,1
DL,7,,VX,0,1
DL,7,,VY,0,1
DL,9,,VX,0,1
DL,9,,VY,0,1
DL,10,,VX,0,1
DL,10,,VY,0,1
DL,6,,PRES,0,1
!
DLDELE,6,PRES
！
DL,11,,VX,0,1
！
DL,11,,VY,0,1
！
DL,13,,VX,0,1
！
DL,13,,VY,0,1
！
DL,12,,PRES,0,1
!
---第3问执行（加载荷）
FINISH
！
/FILNAME,newLength,0
！
---第3问执行（更改文件名）
/SOL
SOLVE
FINISH
（1）当Re为90;v为1in/s情况下
图4.1层流流场速度矢量图
图4.2TotalStagnationPressure云图
图4.3入口及回流区流速分布图
图4.4出口速度分布曲线
（2）当Re为90;v为50in/s情况下
图4.5流线向量图
图4.6TotalStagnationPressure云图
图4.7入口及回流区流速分布图
图4.8出口端速度分布曲线
（3）增加30in管道长度，Re=90v=50in/s
图4.9流线向量图
图4.10TotalStagnationPressure云图
图4.11入口及回流区流速分布图
图4.12出口速度分布曲线
作业五：
5.梁受力分析
已知：
梁材料E=2.1×105MPa
v=0.3
=7850kg/m^3
要求：
1.用APDL编程序。
2.优化工字梁的横截面尺寸，保证梁的最大变形小于1mm，梁的重量控制在5t左右。
3.验算Ansys获取梁的重量与精确计算的重量的准确性。
4.获取A、C点反力？
5.画出剪力图、弯矩图？
6.获取最大转角、最大弯矩位置及其大小？
7.梁上最大应力、最大位移分析及其位置？
8.获取梁横截面上的VonMises、变形分布云图。
9.结果要求Word文件分析报告。
1.APDL程序语言
finish
/clear
/prep7
et,1,beam188,,,
mp,ex,1,2.1e5
mp,nuxy,1,0.3
SECTYPE,1,BEAM,I,,2
SECOFFSET,CENT
SECDATA,0.759,0.759,0.915,0.05,0.05,0.04
k,1,
k,2,2
k,3,10
k,4,12
k,10,0,1
L,1,2
L,2,3
L,3,4
esize,0.2
latt,1,,1,,10,,1
lmesh,all
/eshape,1
/solu
DK,1,,,,0,UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,,
DK,3,,,,0,UY,UZ,ROTX,ROTY,,,
!
--------------------
lsel,s,,,2,3,1
esll,s
sfbeam,all,1,pres,20e3
FK,4,FY,-20e3
FK,2,MZ,160e3
alls
/solve
/post1
/CONT,1,8,AUTO
ETABLE,Fzi,SMISC,5
ETABLE,fzj,SMISC,18
ETABLE,Mzi,SMISC,2
ETABLE,mzj,SMISC,15
SMULT,Fzi,FZI,,-0.001,1,!
剪力单位，kN
SMULT,Fzj,FZJ,,-0.001,1,
PLLS,FZI,FZJ,1,0
SMULT,Mzi,MZI,,-0.001,1,!
弯矩单位，kN.m
SMULT,Mzj,MZJ,,-0.001,1,
PLLS,MZI,MZJ,1,0
ESORT,ETAB,Mzi,1,0!
按照单元表Mzi的大小排序
*GET,Mzimax,SORT,0,MAX!
通过Mzmax得到最大值
*GET,Mzimin,SORT,0,Min!
通过Mzmin得到最小值
ESORT,ETAB,Mzj,1,0!
按照单元表Mzi的大小排序
*GET,Mzjmax,SORT,0,MAX!
通过Mzmax得到最大值
*GET,Mzjmin,SORT,0,Min!
通过Mzmin得到最小值
*GET,S_Von_MAX,SECR,ALL,S,EQV,MAX!
整个梁上的最大Von_Mises应力
Beam188
*get,nnmax,node,,count
*get,nemax,elem,,num,max!
最大单元数
*get,nemin,elem,,num,min
*do,i,1,nemax,1
*get,vs,secr,i,s,eqv,max
*if,vs,eq,S_Von_MAX,then
Ne_Smax=i!
整个梁上的最大应力Beam188对应的单元编号
*endif
*enddo
ALLSEL
NSORT,U,SUM,0,0,ALL
*GET,Umax_Num,SORT,0,IMAX!
最大位移节点编号
*GET,Umax_U,NODE,Umax_Num,U,SUM!
最大位移
NSORT,ROT,Z,0,0,All
*GET,Rotmax_Num,SORT,0,IMAX!
最大转角节点编号
*GET,RotzMax,NODE,rotmax_Num,ROT,Z!
最大转角
!
获取总重量
density=7850!
kg/m^3
ETABLE,evol,VOLU,
SSUM
*GET,vtot,SSUM,,ITEM,EVOL
weight=Density*（vtot）/1000!
井架重量（t）
N1=node（kx
（1）,ky
（1）,kz
（1））!
A节点
N3=node（kx（3）,ky（3）,kz（3））!
C节点
Fay=fay/1000!
关键点A的反力，kN
Fcy=fcy/1000!
关键点C的反力，kN
Mz_max=Mzimax
*if,Mzjmax,GE,Mzimax,then
Mz_max=Mzjmax!
最大弯矩，kN.m
*endif
Mz_min=Mzimin
*if,Mzjmin,LE,Mzimin,then
Mz_min=Mzjmin!
最小弯矩，kN.m
*endif
*get,Fay,NODE,N1,RF,Fy!
提取A节点y方向支座反力
*get,Fcy,NODE,N3,RF,Fy!
提取C节点y方向支座反力
S_Von_MAX=nint（1000*S_Von_MAX*（1e-6））/1000!
最大应力MPa
Umax_U=nint（1000*Umax_U*1000）/1000!
最大位移，m
RotzMax=RotzMax*180/3.14!
最大转角,度
2.优化数据：
0.759/2,0.759/2,0.915/1.2,0.05/2,0.05/2,0.05
优化数据前，最大变形超过1mm，不符合要求；
优化数据后，最大变形为1.272mm，也不符合要求；仍需进一步优化
Beam188横截面尺寸数据。
当取值情况为：
0.759/2,0.759/2,0.915/1.1,0.05/2,0.05/2,0.045时，
最大位移为1.079mm，梁重为5.10157227t，基本满足要求。
剪力，KN
图5.1剪力图
弯矩
图5.2弯矩图
4、由剪力图知，A点的反力为72kN，方向竖直向上,C点处有最大反力86kN，方向竖直向下。
5、梁的剪力图如图5.1所示；弯矩图如图5.2所示；
6、最大转角发生在节点编号为57，大小为5.382879907E-03；最大弯矩发生在B点，其值为136kN.m，方向沿Z轴向外。
7.梁上最大应力发生在，数值为0；最大位移发生在节点38，数值为0.39
8.梁横截面上的VonMises、变形分布云图
图5.3梁横截面VonMises图
图5.4梁横截面变形分布云图
升级会员 