压力容器封头有限元分析

1有限元原理及工程计算课程设计说明书指导老师：专业名称：工程力学学号：设计作者：提交时间：2015.6.252目录一、设计任务书...........................................31.1题目..............................................31.2结构图和计算参数...................................31.3计算内容..........................................31.4计算要求..........................................3二、课程设计指导书.......................................42.1目的要求..........................................42.2主要计算步骤.......................................42.3计算结果分析.......................................52.4计算说明书内容.....................................5三、计算说明书...........................................63.1构件结构图........................................63.2材料和单元选择.....................................63.3实体（几何）建模...................................73.4网格划分与有限元建模...............................93.5加载.............................................103.6计算和后处理......................................113.7、结果分析........................................203一、设计任务书1.1题目压力容器封头有限元分析1.2结构图和计算参数1)、构件的几何形状和尺寸；2、材料及性能；3、约束和边界条件；4、载荷）1.3计算内容1）构件的几何变形计算；2）构件的各方向的位移计算；3）构件的应力分布场计算；1.4计算要求1）计算说明书应包括主要的计算步骤，计算公式、计算简图均应列入，并尽量详细描述计算过程；2）计算说明书应书写清楚，字体工整，图表清晰规范；3）在规定时间内完成计算并提交计算说明书。4二、课程设计指导书2.1目的要求本课程设计是有限元理论及其应用的重要实践环节之一，是一门了解有限元理论、应用有限元方法对工程问题进行计算的实战性很强的课程。通过本课程的学习，熟练掌握通用有限元软件ANSYS对工程问题的计算全过程，进一步综合和深化对有限元以及力学理论中基本理论和基本概念的理解。同时初步培养学生具备利用有限元方法对工程应用问题进行基本建模、加载、计算和结果分析的能力，使学生在计算、分析解决实践工程力学问题的能力有较大的提高，为学生在今后的毕业设计和进入社会工作后对工程问题的力学分析打下扎实的基础。2.2主要计算步骤1)明确研究对象，合理简化研究对象的力学分析。a、对实际构件进行合理简化，确定主要研究对象；b、对载荷和约束进行合理简化处理；c、画出简化结构分析图；d、了解构件的材料特性和几何特性。2)启动ANSYA分析软件，设定ANSYS分析环境；a、设置项目工程名；b、设置计算过程、结果存取工作目录；3)选择适当分析单元模型和材料模型，输入相关材料模型参数。a、选择适当的单元模型，设置相关截面参数、实常数等；b、选择适当的材料模型，设置材料模型的参数。4)创建有限元模型a、构思建模步骤，创建模型；b、应用布尔运算对模型进行整合；c、控制和合并重合单元、节点等。5)网格划分a、确定每部分构件的材料、单元；b、选择网格划分方式；c、调整已划分网格；6)加载和计算a、设置载荷：集中力、分布力等；b、设置约束：位移、对称面等；c、设置计算参数并进行计算；7)后处理5a、取后处理构件变形对比图；b、取后处理构件节点位移图；c、取后处理构件节点应力图，主要包括：第一主应力图、应力强度图、mises等效应力图等。2.3计算结果分析利用ANSYS后处理得到构件的变形图、位移图和应力图，针对这些图，分析最大应力发生点、最大变形发生点，分析该点的危险性，提出一个解决方案并进行计算对比。2.4计算说明书内容计算说明书是学生提交计算结果及其分析的重要报告，其主要内容包括下面几个方面：1)构件结构图2)材料和单元选择3)有限元建模4)网格划分5)加载6)计算和后处理7)结果分析6三、计算说明书3.1构件结构图图1构件结构图3.2材料和单元选择表1构件材料明细表材料弹性模量/Mpa泊松比屈服强度/Mpa筒体Q245R2.07E50.3245封头Q245R2.07E50.3245开口接管20#2.06E50.3245由上表可知，该模型有两种材料组成，但力学性能相差不大，为简便起见，可简化为同种材料，弹性模量为2e5Mpa，泊松比为0.3，选用常用的solid185单元。73.3实体（几何）建模1、建模的基本思路。采用自底向上的建模，即先建立关键点，通过关键点建立线，由线生成面，再由面旋转180度生成体。2、描述对工程实际对象简化模拟方法，包括构件的几何简化和约束、载荷的处理方式等。因为压力容器为轴对称结构，取模型的一半进行建模，在对称面施加对称约束。3、建模后的模型图。图2等轴侧立体图8图3左视图图4俯视图93.4网格划分与有限元建模采用扫虐网格划分，划分后的模型如下：10图5模型的网格划分3.5加载在模型的对称面施加对称约束，上下表面y方向上的自由度为0，内壁施加0.58Mpa的压力。图6边界条件加载图113.6计算和后处理图7模型总位移图图8第一主应力云图12图9应力强度云图图10Mises等效应力云图13应力集中处沿壁厚方向的三向应力：S1:径向应力S2：周向应力S3:轴向应力图11三向应力图应力线性化：如下图定义三个路径pathA，pathB，pathC图12强度评定路径设定（A,B,C）BAC14显示该路径上的应力线性化结果，如下图：PathA14图13PathA上的应力分布图列表显示结果如下：**MEMBRANE**SXSYSZSXYSYZSXZ1.3879.97254.56-3.9020.3871E-01-0.8276S1S2S3SINTSEQV54.5711.48-0.131654.7049.92**BENDING**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZI-0.8158-8.8402.7210.0000.0000.000C-0.1303-0.1865E-100.5740E-110.0000.0000.000O0.55518.840-2.7210.0000.0000.000S1S2S3SINTSEQVI2.721-0.8158-8.84011.5610.26C0.0000.000-0.13030.13030.130315O8.8400.5551-2.72111.5610.32**MEMBRANEPLUSBENDING**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZI0.57151.13257.28-3.9020.3871E-01-0.8276C1.2579.97254.56-3.9020.3871E-01-0.8276O1.94318.8151.84-3.9020.3871E-01-0.8276S1S2S3SINTSEQVI57.294.757-3.06660.3656.85C54.5711.46-0.245254.8250.00O51.8519.671.07150.7844.50**PEAK**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZI0.3331E-150.23120.32522.4500.7848E-01-0.6109E-02C0.1915-0.2060-0.3578E-020.13940.1277E-02-0.1329E-02O0.2220E-150.5352-0.5339-2.885-0.8444E-010.1077E-0115S1S2S3SINTSEQVI2.5700.3252-2.3394.9084.256C0.2355-0.3571E-02-0.25010.48560.4206O3.166-0.5341-2.6315.7975.084**TOTAL**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZI0.57151.36357.61-1.4520.1172-0.8337C1.4499.76654.56-3.7620.3999E-01-0.8290O1.94319.3551.31-6.787-0.4573E-01-0.8169S1S2S3SINTSEQVTEMPI57.622.465-0.543558.1656.720.000C54.5711.21-0.1148E-0154.5849.92O51.3221.68-0.403251.7244.950.00016PathA图14PathB上的应力分布图16列表显示结果如下：**MEMBRANE**SXSYSZSXYSYZSXZ0.85542.48856.283.0270.8991-0.2777S1S2S3SINTSEQV56.304.801-1.47457.7754.91**BENDING**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZI-2.135-3.9097.3960.0000.0000.000C-0.5262-0.8247E-110.1561E-100.0000.0000.000O1.0823.909-7.3960.0000.0000.000S1S2S3SINTSEQVI7.396-2.135-3.90911.3010.5317C0.0000.000-0.52620.52620.5262O3.9091.082-7.39611.3010.19**MEMBRANEPLUSBENDING**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZI-1.279-1.42163.683.0270.8991-0.2777C0.32922.48856.283.0270.8991-0.2777O1.9386.39648.893.0270.8991-0.2777S1S2S3SINTSEQVI63.691.675-4.38868.0865.26C56.304.616-1.81558.1155.18O48.917.9150.398848.5145.22**PEAK**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZI-0.4441E-150.7497-0.6557E-01-2.6360.6301E-010.4904E-01C0.7272-0.5043-0.6791E-01-0.71790.5062E-020.1488E-02O-0.2220E-150.5838-0.86984.659-0.7442E-01-0.6157E-01S1S2S3SINTSEQV17I3.037-0.6289E-01-2.2905.3274.634C1.057-0.6787E-01-0.83431.8921.648O4.962-0.8714-4.3769.3388.170**TOTAL**I=INSIDEC=CENTERO=OUTSIDESXSYSZSXYSYZSXZI-1.2