基于ANSYS Workbench的带环肋耐压壳体的刚度分析.pdf

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1、制造业信息基子ANSYSWorkbench的带环肋耐压壳体的刚度分析熊传志，江国金，胡必文，詹传明(中国船舶重工集团公司第七一。研究所，湖北宜昌443000)内压的耐压壳体，为了'提高壳体的刚度而又不过多的增加壳体的厚度，一般在耐压壳体的内表面或是外表面ANSYSWorkbench软件进行数值仿真，对到底是内表面加强筋还是外表面加强筋能更好明晰的结论。加强筋：数值仿真中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1009—9492(201o]12—0039—031前言处理问题的思路推广到求解弹性力学的平面应力问题。给出了三角形单

2、元求解弹性力学问题的正确答案，并且首次耐压壳体的应用范围十分广泛，在化工行业，各种压力容器、压力管道都是由耐压壳体组成⋯，当前发展提出了“有限单元法”的名称。之后。应用数学家和力学家们则通过研究找到了有限元方法的数学基础——变分原比较热门的水下机器人，也是由耐压壳体组成。前者是理．进而将这一方法推广应用于求解各种数学物理问题，承受内压，而后者是承受外压。现代工业的发展对耐压如热传导、流体力学以及电磁场问题等。壳体的设计制造提出了更加严格的要求。当今的材料抗ANSYSWorkbench作为ANSYS公司在20o2年开发的拉抗压极限

3、强度都非常高．在承受压力的情况下，强度都能很好的满足．但耐压壳体容易发生失稳_2]，所以其新一代产品研发平台_5]．不但继承了ANSYS经典平台(ANSYSClassic)在有限元仿真分析上的所有功能，而且稳定性是首要考虑的因素。在稳定性不够的情况下，可以通过增加壁厚或是在壳体的表面增加加强筋。考虑到融人了UG。PRO／E等CAD软件强大的几何建模功能。ANSYSWorkbench与经典版本比起来操作更加简单，在几壳体重量的限制，一般是通过增加加强筋的办法来提高何模型的建立以及网格的划分方面更加快捷．最关键的是壳体刚度。加强筋的

4、添加是为了增强壳体的刚度，减小变形[3]。ANSYSWorkbench的后处理更加详尽．它将各种数据整理暂且不考虑耐压壳体在实际用途中要考虑的其它特性，建的非常有序，大大减轻了用户后处理的劳动强度，节约了宝贵的时间。立理想的耐压壳体模型。单纯地从增强壳体刚性的角度出发．加强筋到底是添加在壳体的内表面还是外表面能更好3建立有限元模型。施加约束及载荷的达到效果．传统的计算方法不能有效地给出结论。借助3．1建模于有限元软件ANSYSWorkbench可以精确地计算出加筋ANSYSWorkbench软件本身建模的功能已经比较强大壳体的最

5、大变形．通过对比内外表面分别加筋壳体的最大了．但采用三维CAD软件PRO／E建立带肋的压力容器会变形．可以判断出哪种加筋方式能起到更好地提高壳体刚更加方便。分别建立内表面和外表面加肋的理想模型，以度的作用。IGES的格式保存．以备后面直接导入到ANSYSWork．2ANSYS程序的理论背景及应用bench中进行分析。为了保证仿真结果的可对比性，建立ANSYS的理论基础是起源于结构矩阵分析的有限元单的内表面加肋几何模型与外表面加肋几何模型的壳体和肋元法⋯。有限元单元是一种多物理场数值计算方法，它是骨尺寸是完全一致的，唯一的区别是一

6、个肋骨加在壳体的结构工程师和应用数学研究人员共同智慧的结晶。1956内表面，一个加在壳体的外表面。整个耐压壳体的材料都年．Tul'ner和Clough等人首次将刚架分析的矩阵位移法应是结构钢．其材料塑性如表l所示。一号模型为外表面加用于飞机结构的分析中。之后的1960年，Clough将这种筋，二号模型为内表面加筋。收稿日期：2010—06—19(锖IJ业信息化表l结构钢材料属性利用PRO／E建立的二维示意图如图l所示．属性数值平面图绕左侧的轴线旋杨氏模量2．e+005MPa转即可得到外表面加筋泊松比0．3的圆柱壳体．平面图绕密度

7、7．85e一006kg／mm右侧的轴线旋转即可以得到内表面加筋的圆柱壳体。壳体的壁厚和环肋的尺寸都在平面图中表达的非常清楚。采用这种方式建立的内外加筋的圆柱壳体除了筋的分布表面不同，体积、质量、筋的分布形式都是完全一样，这样在后面的有限元仿真过程中，计算出来的结果会有很强的对比性。∞㈣z。I—c罔2外表面加筋tY,j耐压壳体几何模型图1带肋耐压的二维模型壳体壁厚H=20mm，外径R=12Omm．矩形截面尺寸为。譬—【=骂。加【mm)∞∞8mmxl0mm。3．2划分网格图3内表面加筋的耐压壳体几何模型网格划分的好坏和疏密关系到计算

8、精度和计算时间．考虑到对比内外加筋壳体的变形，需要将一号模型和二号模型的网格数量划分相同。采用控制单元尺寸的方法来划分网格，可以保证两个模型的网格数一致。对于所建立的理想模型，采用控制elementsize=10[51．划分出的网格大小疏密比较适中。满足计算精度