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

a=1500

ASBA,1,2!

----->A3

!

*

/CLEAR

b=1500

!

*

AMESH,3

!

R1=220/2

DL,9,,SYMM

!

/PREP7

!

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

DL,10,,SYMM

FINISH

!

*

p1=50

!

MPa

!

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

/SOL

ET,1,PLANE42,

p2=10

SFL,3,PRES,p1,

SOLVE

!

*

p3=20

SFL,2,PRES,p2,

FINISH

MP,EX,1,6.54e3

!

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

SFL,5,PRES,p3,

!

MP,PRXY,1,0.22

RECTNG,0,a,0,b,!

---

>A1

!

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

/post1

!

CYL4,0,0,R1

!

---

>A2

MSHAPE,0,2D

!

TB,DP,1,,,

!

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

MSHKEY,0

csys,0

TBMODIF,1,1,18

!

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

!

*

N1=node（R1,0,0）

TBMODIF,1,2,28

RECTNG,0,a,0,b,!

---

>A1

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

N2=node（0,R1,0）

TBMODIF,1,3,

CYL4,0,0,R1

!

---

>A2

!

------

!

----------

!

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

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

塑性等效应力（MPa）

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。

位移（mm）

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

90

80

70

）

60

p2=10

a

P

M

50

p2=20

（

L

40

p3=30

P

E

30

p4=40

S

20

10

0

0

50

100

150

200

路径距离（mm）

图1.5p3=10Mpa时的SEPL曲线

2）当P1=50Mpa、P2=50，P3=10Mpa时

塑性等效应力云图

（MPa）

图1.6塑性等效应力云图

VonMises应力（MPa）

图1.7VonMises应力云图

塑性等效应力云图（MPa）

图1.8塑性等效应力云图

塑性等效应力云图（MPa）

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

应力场分布，形成Word文件分析报告。

x、y、xy以及

VonMises的

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

!

*

AMESH,3

/PREP7

MP,EX,1,2.1e6,

!

*

RECTNG,,150,,150,

MP,NUXY,1

0.3,

FINISH

CYL4,,,13

!

*

/SOLU

ASBA,

1,2

KESIZE,5,2

DL,

10,,SYMM

!

*

KESIZE,6,2

DL,

9,,SYMM

ET,1,PLANE82

!

*

SFL,2,PRES,217,,

!

*

ESIZE,15,0,

SOLVE

KEYOPT,1,3,3

MSHAPE,0,2D

FINISH

!

*

MSHKEY,0

/

R,1,25,

!

*

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。

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：

VonMises应力

MPa

图2.3钢板的VonMises应力场分布（p=30MPa）

x（MPa）

图2.4钢板开始屈服时的x应力场分布

y（MPa）

图2.5钢板开始屈服时的y应力场分布

τxy（MPa）

图2.6钢板开始屈服时的τ应力场分布

xy

位移（mm）

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

2.1e11Pa

n,4,L_link,H_link

d,3,all

/clear

prxy=0.3

!

泊松

n,5,0,H_link

d,2,uy!

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

/filname,link_exe3

!

桁架的

比，0.3

!

=====

!

/eof

受力分析

!

!

solve

!

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

/prep7

e,1,2

fini

L_link=3.6

!

单根桁架长度，

!

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

定义单元类

e,1,5

/post1

3.6m

型，实常数，材料属性

e,1,4

PRRSOL,

!

求支反力

L2=1.8

!

左端长度，1.8m

e,3,2

H_link=2.4

!

高度，2.4m

et,1,1

e,4,2

PLNSOL,

U,SUM,

!

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

r,1,area_link,

e,5,4

0,1.0!

位移云图

F1_link=20

!

左端集中载荷，

!

mp,1,ex,exx

e,3,4

!

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

显示轴向应

20N

mp,ex,1,exx

力，即内力

F2_link=10!

中间集中载荷，

mp,prxy,1,prxy

!

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

定义边界

ETABLE,,LS,1

10N

!

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

定义节点

条件

PLLS,LS1,LS1,1,0

!

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

和单元

/solu

area_link=0.046!

桁架横截面

n,1,L2,

F,5,fy,-F1_link

积，0.046m^2

n,2,L2+L_link,

F,4,fy,-F2_link

!

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

n,3,L_link+L_link,H_link

Exx=2.1e11!

弹性模量，

内力（Pa）

图3.1桁架内力云图

节点

Fx

Fy

4

100.00

3

-0.49738E

-70.000

-13

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：

2

Area=b*h=12.5mm

Izz=b*h3/12=26.0417

E=70.0GPa

Pl3

v=0.0

tip

3.09mm

3EI

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。

挠度（mm）

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

挠度（mm）

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

位移（mm）

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：

5

E=2.1×10MPa

v=0.3

-22

Area=1×10m

-84

I=833×10m

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

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

LSTR,

2,

3

alls

LSTR,

3,

4

/SOL

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

SOLVE

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

FINISH

FK,2,MZ,160

/PREP7

FK,4,FY,-20

FINISH

!

*

/POST1

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

ETABLE,fx,SMISC,2

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

ETABLE,fy,SMISC,8

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

!

*

!

*

ETABLE,mx,SMISC,6

LMESH,all

ETABLE,my,SMISC,12

lsel,s,,,2,3,1

esll,s,1

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。