压力容器开孔补强结构的有限元分析系统.pdf

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1、第37卷第1期化工机械79压力容器开孑L补强结构的有限元分析系统杨长明+刘苏(南京航空航天大学)摘要将ANSYS的二次开发语言APDL与VC相结合。开发了压力容器开孔补强结构有限元分析系统。通过算例验证了系统的可行性，并与开孔接管无补强结构进行比较，验证了接管补强结构的合理性。关键词压力容器开孔补强有限元中圈分类号TQ051．3文献标识码B文章编号0254-6094(2010)Ol-0079-04压力容器开孔以后，除削弱器壁的强度外，因结构的连续性被破坏，在壳体和接管的连接处，还会产生很高的局部应力，因此压力容器设计必须

2、充分考虑开孔的补强问题。传统的设计中，大多采用简化模型进行粗略的结构分析计算，甚至是凭经验进行估算，得到的结果可信度都不高。而利用有限元软件进行传统的建模和分析可以得到理想的结果，可是面对设计方案的频繁改动，需要修改复杂的有限元模型，甚至重建模型，效率较低。利用有限元分析软件进行分析时，一般采用基于GUl人机交互方式进行，但当结构尺寸改变时，必将带来很多重复的操作和人为差错。为此，基于VisualC++6．0平台和ANSYSIO．0有限元软件来开发压力容器开孔补强结构有限元分析系统，使之能够自动生成开孔补强结构有限元模型

3、和自动划分有限元网格，从而实现通过输入结构参数即可自动完成开孔补强结构的有限元分析。1系统的基本功能原理该系统应用VC++6．0开发工具，建立基于开孔补强结构的参数化设计界面，改变其结构参数，产生相应的APDL命令流。通过修改ANSYS启动文件，使启动ANSYS时可以直接读入VC产生的APDL命令流，从而得到开孔补强结构的受力分析结果，系统开发流程图如图1所示。。嚣剥擀霈H％葛鑫嚣别I-'qIA篙隰lI-"卜瓣人(结构参数．材料．载荷)广l的接口函数APDL的嵌套参数查看鬈移结果H形成结果文件H茹星灵鬻敬件H晨盏彝图1系

4、统开发流程图2接管补强的参数化有限元分析2．1问题描述⋯分析模型接管及补强区的结构形式和有关尺寸及载荷施加情况如图2所示。由于仅考虑内压作用下的接管补强区应力情况，在建模时，取实际结构的1／4，在对称面上加上相应的约束条件，根据薄壳理论载荷边界条件，在远离相贯区的接管横截面上的均布边界载荷g，以及在远离相贯区的简体横截面上的均布边界载荷吼为：·杨长明，男，1983年11月生，硕士研究生。江苏省南京市，210016。80化工机械2010年图2接管补强区截面结构图D——压力容器筒体内径，mm；厶——筒体长度，ram；卜筒体厚

5、度，mm；TI——补强厚度，ram；D；——补强圈内径，mill；瓦——接管厚度。mm；D。——补强圈外径，mm；P——施加内压值，MPaq，=-p(D；-2T2)2／[4T：(D；一T2)](1)q：=一pD2／[471(D+r)](2)为了获得接管补强区完整而精确的应力场，采用8节点SOLID45三维实体单元来模拟其实体结构。同时为了便于分析，将结构各部分创建为组件形式，其中焊缝组件结构如图3所示。图3焊缝组件结构2．2接管补强有限元分析的APDL代码旧1接管补强有限元分析的参数化APDL命令代码主要包括以下部分：a

6、．定义单元及材料属性；b．创建简体与接管模型：c．创建焊缝结构；d．构建焊接构件、接管、补强圈、筒体组件；o．进行网格划分；f．施加对称约束与边界、压力载荷进行求解；g．进行求解；h．后处理显示应力云图。要获得参数化的APDL代码，首先在ANSYS中进行接管补强有限元分析，将可变量定义相应参数名，使用参数名来表示相应的数据值，分析完成后，选择File、WriteDBLogFile菜单，输出AP．DL批处理文本，然后对其进行修改和简化，这样就能得到运行程序所需要的参数化的APDL代码。2．3VC与ANSYS接口技术在VC+

7、+6．0中要启动别的应用程序，有多个函数可以使用，例如WinExee，SheliExecute和CreateProeess函数等。CreateProcess函数创建一个进程，去执行其他程序，它可以指定进程的安全属性、继承信息和类的优先级等，因此选择Cre-ateProcess函数启动VC++。ANSYSl0．0提供了一种批处理方式的格式：“ansysl00-b-iinputname-Ooutputname”，其中in—putname和outputname分别为输入和输出文件名。程序中可以设计一个菜单项，在该菜单项的响应函

8、数中利用CreateProcess函数，实现有限元分析程序ANSYS批处理模式的自动运行。程序代码如下"o：STARTUPINFOsi；／／记录进程初始状态PROCESS—INFORMATIONpi；／／记录进程返回信息memset(&si，0，sizeof(si))；／／初始化变量sisi．cb=sizeof(si