钢制厚球壳应力计算有限元仿真.pdf

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1、74低温建筑技术2011年第9期(总第159期)钢制厚球壳应力计算有限元仿真李志秋(大庆石化工程有限公司．黑龙江大庆163714)【摘要】为验证有限元轴对称二维建模的正确性，本文采用ANSYS软件进行了建筑用的钢制球壳轴对称分析，建立了二维有限元模型，获得沿径向和切向的应力分布规律，与理论解析解进行了对比，二者吻合良好。可见，采用有限元轴对称二维模型模拟三维模型是可行的。【关键词】轴对称；ANSYS软件；径向应力【中图分类号】TU441．3【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2011)0

2、9—0074—02轴对称结构广泛应用在实际工程中，如许多城市可见选取Axisymmetrie选项；由于结构的对称性，只取球壳的1／8的发电厂冷却塔，建在大连，江苏和深圳的液化天然气LNG部分来分析建模。储罐，油田的储油罐和圆形水池等，这些结构有其共同的特利用Plane2单元分析轴对称结构时，如下的2个关键点，不但结构具有空间的对称性，而且荷载也具有轴对称。问题需要注意：①简化的二维有限元模型必须建立在XY坐这类特殊的空间问题的分析可以简化为二维问题，节省大标系第一象限内；②直接输入的压力值代表结构表

3、面施加量的计算时间，本文采用ANSYS软件进行了建筑用的的面压力。钢制球壳轴对称分析，建立了二维有限元模型，获得沿径向(3)壳的网格密度和网格划分：沿着径向划分为4和切向的应力分布规律，同时与理论结果进行了对比，二者份，沿着环向划分为2O份，选择单元形状为rift，即三角形，吻合良好。验证了有限元轴对称建模的正确性。划分类型选为映射划分。1有限元模型2结果分析(1)基本参数：一建筑上常用的钢制球壳，外表面承在进行结果分析时，进入后处理后，首先要进行坐标系受垂直并指向球心的压力P=1500N／cm2，

4、钢球的外半径R的转换，由原来的直角坐标系变换为柱坐标系(Globaleylin—取为10．4cm，内半径r为9．1em，弹性模量为2．06×10N／dfic~)，采用的ANSYS命令为RSYS，1，这样X—Compomentam，泊松比为0．3。钢球形状如图1所示。ofstress和Y—Compomentofstress分别表示为径向和环向(2)单元的选取：轴对称单元与平面二维单元在形状的应力，否则，得到的是和y方向的应力，要换算成我们上完全相同，因此，本文采用SOLIDTriangle6node2

5、单元，即有用的环向和切向应力将会变得很困难采用柱坐标系得到Plane2单元模拟球壳，在Options中设置单元轴对称属性，即的钢球径向和切向应力云图如图3和图4所示。o、图1几何实体模型图2有限元模型图3钢球径向应力云图3000昌g一3oo昌●-600童专一900-l2o0一1500一l8oo径向位移／era切向位移／cm图4钢球切向应力云图图5径向应力沿半径分布图6切向应力沿半径分布田洪营等：地铁深基坑支护稳定性模拟分析75由应力云图上可以很清楚的看出，径向应力只与该点从表1中可以看出，径向和切向

6、的应力数值解和解析解距球心的距离有关，与所在的角度无关，这与文献给出的解吻合良好，可见，二维有限元模型模拟三维实体是可行的。析表达式是相符的。4结语图5和图6为通过映射应力到路径而绘制出的径向和采用ANSYS软件进行了建筑用的钢制球壳轴对称分切向应力沿半径的分布，可以看出，随着球壳上距离球心的析，建立了二维有限元模型，获得沿径向和切向的应力分布距离越大，径向应力越大，而切向应力则越小。规律，与理论解析解进行了对比，二者吻合良好。验证了有3球壳应力的解析解限元轴对称二维建模的正确性。根据文献[5]可知

7、，钢球壳沿着半径和切向的应力解析解如下J：参考文献：一4544[1一(r／x)’](1)。=一454[1+0．5(r／x)](2)[1]刘涛，杨风鹏．精通ANSYS[M]．北京：清华大学出版社．20O2．[2]郝文化．ANSYS土木工程应用实例[M]．北京：中国水利水式中，为球壳上的一点到球心的径向距离；r为球壳电出版社，2005．的外径；把球壳上离球心由近到远沿着径向分为A、B、c、D、[3]博弈创作室．APDL参数化有限元分析技术及其应用实例E五点，五点对应的有限元计算结果和解析解的对比如表1[

8、M]．北京：中国水利水电出版社，2004．所示。[4】徐芝纶．弹性力学[M]．北京：中国建筑工业出版社，2000．表1五点的有限元计算结果和解析解的对比[收稿日期]2011—03—29[作者简介】李志秋(1962一)。男，黑龙江大庆人，工程师，主要从事建筑结构研究与设计工作。(上接第69页)(2)进行加固改造设计及施工，应避免或尽可能减少对原结构的损伤，采取传力明确、构造简单、施工便捷、造价较低的方案。(3)工程加固改造设计应根据现场实际情况，采取合理有效的加固方法，