cae最后作业.docx

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cae最后作业

现代CAE技术

班级：

硕2011级17班

专业：

石油与天然气工程

学号：

201120389

姓名：

朱盼

作业一：

1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Excell生成。

APDL程序语言

fini

/CLEAR

!

/PREP7

!

*

ET,1,PLANE42,

!

*

MP,EX,1,6.54e3

MP,PRXY,1,0.22

!

TB,DP,1,,,

TBMODIF,1,1,18

TBMODIF,1,2,28

TBMODIF,1,3,

!

----------

a=1500

b=1500

R1=220/2

!

----------------

p1=50!

MPa

p2=10

p3=20

!

------------------

RECTNG,0,a,0,b,!

--->A1

CYL4,0,0,R1!

--->A2

!

-------------

!

------------------

RECTNG,0,a,0,b,!

--->A1

CYL4,0,0,R1!

--->A2

!

-------------

ASBA,1,2!

----->A3

!

*

DL,9,,SYMM

DL,10,,SYMM

!

-------------------

SFL,3,PRES,p1,

SFL,2,PRES,p2,

SFL,5,PRES,p3,

!

-------------------

MSHAPE,0,2D

MSHKEY,0

!

*

LESIZE,all,,,20,,,,,1

!

*

AMESH,3

!

FINISH

/SOL

SOLVE

FINISH

!

/post1

!

csys,0

N1=node（R1,0,0）

N2=node（0,R1,0）

!

------

csys,1

1）当P1=50Mpa、P2、P3赋初值分别为10和20Mpa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、P3=20Mpa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11.19mm。

图1.4p3=20Mpa时的SEPL曲线

图1.5p3=10Mpa时的SEPL曲线

2）当P1=50Mpa、P2=50，P3=10Mpa时

图1.6塑性等效应力云图

图1.7VonMises应力云图

图1.8塑性等效应力云图

图1.9塑性等效应力云图

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P3取10MPa，当P2为30MPa时井眼是稳定的，而当P2为20、10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？

孔眼内壁附近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Excell生成。

APDL程序语言

/clear

/PREP7

RECTNG,,150,,150,

CYL4,,,13

ASBA,1,2

!

*

ET,1,PLANE82

!

*

KEYOPT,1,3,3

!

*

R,1,25,

!

*

MP,EX,1,2.1e6,

MP,NUXY,1,0.3,

!

*

KESIZE,5,2

KESIZE,6,2

!

*

ESIZE,15,0,

MSHAPE,0,2D

MSHKEY,0

!

*

AMESH,3

!

*

FINISH

/SOLU

DL,10,,SYMM

DL,9,,SYMM

SFL,2,PRES,217,,

SOLVE

FINISH

/

当P为30MPa钢板的受力图

图2.1整块钢板所受应力（VonMises）图2.2X方向所受应力x

图2.3Y方向所受应力y图2.4剪切应力xy

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229.82Mpa。

VonMises应力

MPa

P=229.82Mpa带入程序，进入ANSYS运行分析得钢板的VonMises应力分布云图：

图2.3钢板的VonMises应力场分布（p=30MPa）

图2.4钢板开始屈服时的x应力场分布

图2.5钢板开始屈服时的y应力场分布

图2.6钢板开始屈服时的τxy应力场分布

图2.7开始屈服时孔板的位移变化（xy总位移）

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

fini

/clear

/filname,link_exe3!

桁架的受力分析

!

----------------------------------

L_link=3.6!

单根桁架长度，3.6m

L2=1.8!

左端长度，1.8m

H_link=2.4!

高度，2.4m

!

----------------------------------

F1_link=20!

左端集中载荷，20N

F2_link=10!

中间集中载荷，10N

!

----------------------------------------

area_link=0.046!

桁架横截面积，0.046m^2

!

--------------------------------------

Exx=2.1e11!

弹性模量，

2.1e11Pa

prxy=0.3!

泊松比，0.3

!

!

/prep7

!

--------------定义单元类型，实常数，材料属性

et,1,1

r,1,area_link,

!

mp,1,ex,exx

mp,ex,1,exx

mp,prxy,1,prxy

!

----------------定义节点和单元

n,1,L2,

n,2,L2+L_link,

n,3,L_link+L_link,H_link

n,4,L_link,H_link

n,5,0,H_link

!

=====

e,1,2

e,1,5

e,1,4

e,3,2

e,4,2

e,5,4

e,3,4

!

-------------定义边界条件

/solu

F,5,fy,-F1_link

F,4,fy,-F2_link

d,3,all

d,2,uy!

-------------------------

!

/eof

solve

fini

/post1

PRRSOL,!

求支反力

PLNSOL,U,SUM,0,1.0!

位移云图

!

-----------------显示轴向应力，即内力

ETABLE,,LS,1

PLLS,LS1,LS1,1,0

图3.1桁架内力云图

节点

Fx

Fy

4

100.00

3

-0.49738E-13

-70.000

图3.2：

模型示意图

如上图3.2，受拉的杆分别是5、6、7，

受压杆分别为1、2、3、4.

位移（m）

图3.3桁架的位移变化云图

1、节点上的反力分析

表1节点反力（REACTIONSOLUTIONSPERNODE）

NODE

FX/N

FY/N

4

100.00

3

0.71054E-14

-70.00

2、杆的内力分析

表2单元上的内力（ELEMENTSOLUTION）

ELEM

1

2

3

4

5

6

7

MFORX

-30.00

-25.00

15.00

52.50

25.00

-37.50

-87.50

SAXL

-652.17

-543.48

326.09

1141.3

543.48

-815.22

-1902.2

3、节点位移分析

表3节点的位移

NODE

UX/m

UY/m

UZ/m

USUM/m

1

-0.02516

-0.2009

0

0.20242

2

-0.01957

-0.0632

0

0.06619

3

0

0

0

0

4

0.04529

0.0000

0

0.04529

5

0.05647

-0.1299

0

0.14167

作业四:

悬臂梁静力分析

悬臂梁尺寸：

Area=b*h=12.5mm2

Izz=b*h3/12=26.0417

E=70.0GPa

v=0.0

求解：

1.单独P=5N作用下，梁的挠度变化曲线，最大挠度发生的位置（与解析解对比分析），画出弯矩图和剪力图。

2.单独q=0.1N/mm作用和同时与p=5N下，梁的挠度变化曲线，最大挠度发生的位置（与解析解对比分析），画出弯矩图和剪力图。

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Excell生成。

图4.1单独在集中载荷p作用下梁的挠度变化曲线

图4.2单独在集中载荷p作用下梁的剪力变化曲线

图4.3单独在集中载荷p作用下梁的弯矩变化曲线

图4.4单独在分布载荷q作用下梁的挠度变化曲线

图4.5单独在分布载荷q作用下梁的剪力变化曲线

图4.6单独在分布载荷q作用下梁的弯矩变化曲线

图4.7在集中载荷p和分布载荷q共同作用下梁的挠度变化曲线

图4.8在集中载荷p和分布载荷q共同作用下梁的剪力变化曲线

图4.9在集中载荷p和分布载荷q共同作用下梁的弯矩变化曲线

作业五：

求梁的剪力图和弯矩图

已知：

E=2.1×105MPa

v=0.3

Area=1×10-2m2

I=833×10-8m4

求：

1.A、C点反力？

2.画出剪力图？

3.画出弯矩图？

4.最大弯矩在什么位置？

APDL程序语言

fini

/clear

!

*

/PREP7

!

*

ET,1,BEAM3

!

*

R,1,0.01,833e-8,0.1,,,,

!

*

MPTEMP,,,,,,,,

MPTEMP,1,0

MPDATA,EX,1,,2.1e5

MPDATA,PRXY,1,,0.3

K,1,0,0,,

K,2,2,0,,

K,3,10,0,,

K,4,12,0,,

K,4,12,0,,

LSTR,1,2

LSTR,2,3

LSTR,3,4

DK,1,,,,0,UX,UY,,,,,

DK,3,,,,0,UY,,,,,,

FK,2,MZ,160

FK,4,FY,-20

!

*

LESIZE,1,,,15,,,,,1

LESIZE,3,,,15,,,,,1

LESIZE,2,,,60,,,,,1

!

*

LMESH,all

lsel,s,,,2,3,1

esll,s,1

SFBEAM,all,1,PRES,20,,,,,

alls

/SOL

SOLVE

FINISH

/PREP7

FINISH

/POST1

ETABLE,fx,SMISC,2

ETABLE,fy,SMISC,8

!

*

ETABLE,mx,SMISC,6

ETABLE,my,SMISC,12

图5.1剪力图

图5.2弯矩图

1、由剪力图知，A点的反力为72kN，方向竖直向下,C点处有最大反力88kN，方向竖直向上。

2、梁的剪力图如图5.1所示；

3、弯矩图如图5.2所示；

4、最大弯矩发生在B点，其值为144kN.m，方向沿Z轴向外。