有限元分析与应用任务书第4组

有限元分析与应用作业任务书学期：2015-2016学年第2学期教师：侯宇组别：第4组（22~29号）题目：蒸汽管道的3D应力分析问题描述：如图所示铸铁制蒸汽管道的纵切面，其内部为蒸汽，外部覆盖有保温层，与寒冷空气接触。铸铁管道的密度为7.8t/m3，导热系数为k1，热膨胀系数为α1，杨氏模量为1E，泊松比为1；保温层的密度为1t/m3，导热系数为k2，热膨胀系数为α2，杨氏模量为2E，泊松比为2；管道内蒸汽压强为p，温度为T，与管道内层接触处的对流换热系数为21W/(m)℃；保温层外大气压强为0.1MPa，温度为40℃，与保温层外层接触处的对流换热系数为20.5W/(m)℃。热膨胀系数参考温度均为22℃。管道及保温层的左右两端面为光滑支撑(FrictionlessSupport)。试对该管道进行热和静力学分析，得到温度(Temperature)、热应变(ThermalStrain)与等效应力(Von-MisesEquivalentStress)分布。各未知量取值如下：学号2223242526272829D(mm)340350360370380390400410d0(mm)220230240250260270280290d1(mm)275280285290295300305310T(℃)707580859095100105p(MPa)0.420.40.380.360.340.320.30.321k(W/(m)℃)70717273747576771(/℃)1.2e-61.19e-61.18e-61.17e-61.16e-61.15e-61.16e-61.17e-61E(GPa)20019519018518017520019510.270.280.290.30.310.320.330.272k(W/(m)℃)0.020.0210.0220.0230.0240.0250.0260.022(/℃)0.7e-60.69e-60.68e-60.67e-60.66e-60.65e-60.64e-60.7e-62E(GPa)2019.51918.51817.5172020.380.390.40.410.420.430.440.38Dd1d0500提示：1.在操作过程中，始终注意所使用的单位，特别是对流换热系数；2.该几何模型由两个实体组成，要么在一开始在两者间留下极小的空隙，要么在拉伸时使用AddFrozen选项；3.将热分析的结果用于力分析的载荷；4.所用材料在库中并不存在，应当自行创建。材料属性至少应当包括各向同性弹性(IsotropicElasticity)、各向同性热导率(IsotropicThermalConductivity)、各向同性热膨胀率(IsotropicSecantCoefficientofThermalExpansion)；5.为了得到规整的单元网格，可仿照上图的方法，对管道的截面添加MappedFaceMeshing。可以对圆周添加Sizing，然后强制规定其划分段数。要求：1.本工程中使用Steady-StateThermal模块和Steady-StateStructual模块对该问题进行分析；2.将单位设置、建立工程、创建材料、建立几何模型、设置材料、划分网格、设置载荷和边界条件、求解、结果等所有步骤详细记录下来并附截图，再加上对结果的分析和说明，最终形成说明书。截图的方法和格式如附1所示。说明书的格式另附；3.云图的变形倍数设置为1.0倍(TrueScale)。结果的云图应对准管道的截面（通过点击右下角的相关坐标轴实现），以方便观察数值随厚度方向的变化情况。要在云图中标记处最大值和最小值的位置；4.要上交的内容：ANSYS工程源文件、电子版报告、打印版报告；5.ANSYS工程源文件和电子版报告发送到信箱[e-mail]；6.打印版报告的内容与电子版报告稍有不同：为方便进行黑白打印，其中的云图应设置为灰度图，建模、云图的视图背景均应设置为白色。设置方法如附2、附3所示。附1在Word文档中插入截图及题注的要求1.在Windows中，无论何时按下键盘上的PrintScreen键，即可将整个屏幕作为一幅图像复制到剪贴板中；2.打开Windows画图按Ctrl+V，将图片粘贴画图中。使用选择工具框选出其中需要的部分，按Ctrl+C复制到剪贴板中。对于云图，应当选用合适的角度，显示完整的模型、标题、图例、时间等，如图6所示；3.在Word中按Ctrl+V，将选择好的部分复制到文档中。4.Word2003与2007、2010操作相似。粘贴后，请在图片上按右键，选择“设置图片格式”，在“版式”一栏中，确认选择的是“嵌入型”，如图1所示。MappedFaceMeshing图1图25.在图片上按右键，选择“题注”，打开“题注”对话框，如图2所示。6.点击“新建标签”，输入文字“图”，点击确定。这样可以新建一个名为“图”的标签。如图3所示。新建标签这个步骤只需要进行一次。图37.每幅图都需要插入一个题注。在“插入题注”中，保证“标签”中所选的是刚才新建的“图”标签，“位置”是“所选项目下方”，点击确定，即可插入一个自动编号的题注。8.在正文文字中，需要写“如图XX所示”一类的文字时，可先写“如所示”，然后将光标放在“如”字右边，选择插入→引用→交叉引用，“引用类型”中选择“图”，“引用内容”中选择“只有标签和编号”，“引用哪一个题注”中选择方才对应的题注，即可插入一个自动编号的题注。如图4所示。图4附2将云图的颜色方案设置为灰度黑白打印的报告，其云图应当选用灰度的。ANSYS的云图在默认情形下，其颜色方案为彩虹色。可以在左侧的图例上按右键，选择ColorScheme→Grayscale，如图5所示，即可将颜色方案修改为灰阶的。如图6所示。再次选择ColorScheme→Rainbow，即可重新设置为彩虹色。图5图6附3将背景颜色设置为白色为提高黑白打印的效果，应当将软件的视图背景调整为纯白色。在工程界面，选择Tools→Options，如图7所示。图7在对话框左侧选择Appearance，确保右方BackgroundColor和BackgroundColor2均为白色。如图8所示。图8点击OK按钮，之后的几何建模及云图的背景均会变为白色，如图9、图10所示。图9图10