许京荆ANSYS-12.0-Workbench-压力容器分析

ANSYS12.0软件培训——压力容器分析编制：许京荆2010.6上海大学机电学院安全断裂分析研究室ANSYS华东地区技术支持中心ANSYS软件华东地区培训中心ANSYS12.0软件培训-压力容器分析上海大学机电学院安全断裂分析研究室ANSYS软件华东区培训中心延长路149号138176098871内容目录第1章绪论1.1ANSYS软件概述1.2ANSYS12.0新功能介绍第2章ANSYS12.0Workbench平台的使用2.1有限元分析与ANSYS12.0Workbench2.2ANSYS12.0Workbench工程数值模拟分析一般过程2.2.1ANSYS12.0Workbench界面2.2.2分析系统加入工程流程图2.2.3使用分析系统2.2.4使用Workbench功能2.2.5添加关联分析系统2.2.6参数化设计及工程数值模拟优化2.2.7自定义工程数值模拟分析流程2.3ANSYS12.0Workbench窗口管理2.3.1Workbench窗口管理功能2.3.2Workbench窗口相互切换2.3.3Workbench窗口紧凑模式第3章ANSYS12.0压力容器建模技术3.1ANSYS12.0DesignModeler几何模型3.1.1DesignModeler用户界面3.1.2选择过滤器及案例3.1.3长度单位3.1.4草图模式3.1.4.1平面和草图及案例3.1.4.2绘制草图及案例3.1.4.3草图标注及案例3.1.4.4草图约束及案例3.1.4.5编辑草图及案例3.1.4.6草图援引及案例3.1.4.7草图技巧3.1.53D实体模型3.1.5.1体和零件3.1.5.23D特征3.1.5.3布尔操作及案例3.1.5.4特征方向3.1.5.5特征类型3.1.5.6特征创建及案例3.1.5.73D实体建模案例-排气装置3.1.6概念建模及案例3.1.6.1创建线体及案例3.1.6.23D曲线特征及案例3.1.6.3创建面体及案例ANSYS12.0软件培训-压力容器分析上海大学机电学院安全断裂分析研究室ANSYS软件华东区培训中心延长路149号1381760988723.1.7高级工具及案例3.1.7.1冰冻【Freeze】及案例3.1.7.2解冻【Unfreeze】3.1.7.3命名选择【NamedSelection】3.1.7.4接合【Joint】3.1.7.5抽取中面【Mid-surface】与表面延伸【SurfaceExtension】及案例3.1.7.6切片【Slice】3.1.8压力容器建模实例—3D梁壳储罐模型第4章ANSYS12.0压力容器网格划分技术4.1ANSYS12.0Meshing网格划分概述4.2ANSYS12.0Meshing网格划分方法4.3ANSYS12.0Meshing网格划分控制4.3.1网格划分用户界面4.3.2网格划分方法4.3.3网格局部尺寸控制【Sizing】4.3.4接触区域网格控制【ContactSizing】4.3.5网格局部单元细化【Refinement】4.3.6映射面网格划分【MappedFacemeshing】4.4网格划分控制案例—装配体模型4.5薄层扫掠网格划分及案例—3D实体储罐模型第5章ANSYS12.0结构分析技术5.1结构分析概述5.2结构分析方法5.3结构运动方程第6章ANSYS12.0压力容器静力分析6.1ANSYS12.0StaticStructural结构静力分析方法6.1.1结构静力分析用户界面6.1.2工程数据中定义材料属性6.1.3几何模型6.1.4定义零件行为6.1.5联接关系6.1.6模型网格划分6.1.7分析设置6.1.8载荷及支撑6.1.9求解选项6.1.10结果后处理6.2压力容器分析求解策略6.2.1提取分析模型6.2.2对称性6.2.3处理重点关心位置6.2.4细节结构的考虑6.2.5工况分析6.2.6单元选择6.2.7网格划分ANSYS12.0软件培训-压力容器分析上海大学机电学院安全断裂分析研究室ANSYS软件华东区培训中心延长路149号1381760988736.2.8施加载荷与约束条件6.2.9试算结果评估6.2.10尖角处理6.2.11热点应力6.2.12结果显示6.2.13强度评定6.3压力容器分析案例—筒体封头连接的强度分析及应力评定6.3.1问题描述6.3.2问题分析6.3.3数值模拟过程6.4压力容器分析案例—冷却器缓冲罐自重、静水压力、内压、地震等多载荷数值模拟6.4.1问题描述6.4.2问题分析6.4.3数值模拟过程第7章ANSYS12.0LinearBuckling线性屈曲分析7.1线性屈曲分析概述7.2线性屈曲分析方法7.3线性屈曲分析案例-管子模型7.3.1问题描述及分析7.3.2数值模拟过程7.4线性屈曲分析案例-杆件屈曲7.4.1问题描述及分析7.4.2数值模拟过程7.5线性屈曲分析案例-圆弧屈曲7.5.1问题描述及分析7.5.2数值模拟过程ANSYS12.0软件培训-压力容器分析上海大学机电学院安全断裂分析研究室ANSYS软件华东区培训中心延长路149号138176098874第1章绪论1.1ANSYS软件概述计算机辅助工程技术CAE，即ComputerAidedEngineering，已经得到越来越广泛的使用，CAE的技术种类有很多，其中包括有限元法FEM，即FiniteElementMethod，边界元法BEM，即BoundaryElementMethod，有限差分法FDM，即FiniteDifferenceElementMethod等。每一种方法各有其应用的领域，而其中有限元法应用的领域越来越广，现已应用于结构静力学、结构动力学、热力学、流体力学、电路学、电磁学等。ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。ANSYS软件由美国ANSYS开发，提供CATIA，UG，PRO/E等主流CAD软件的数据接口。作为现代产品设计中的高级CAE工具，ANSYS软件是第一个通过ISO9001质量认证的大型分析设计类软件，是美国机械工程师协会（ASME）、美国核安全局（NQA）及近二十种专业技术协会认证的标准分析软件。在国内第一个通过了中国压力容器标准化技术委员会认证并在国务院十七个部委推广使用。ANSYS有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序，可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。因此它可应用于以下工业领域：航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械等。ANSYS软件是开放、灵活的数值模拟软件，其为产品设计的每一阶段提供解决方案，包括通用多物理场数值模拟,行业分析，模型建造，设计分析，多目标优化，客户化结构分析解决方案，ANSYS软件成为从事工程研究与分析的广大企事业单位，研究院所广泛使用的计算分析工具。1.2ANSYS12.0新功能介绍2009年6月，ANSYS12.0在中国正式推出，作为一个大型的CAE分析软件，ANSYS自上个世纪七十年代诞生以来，随着计算机和有限元理论的发展，在各个领域得到了高度的评价和广泛的应用。伴随着版本的更新，分析能力和各项操作功能都得到了更好的完善和发展。ANSYS12.0不仅在计算速度上进行了改进，同时增强了软件的几何处理、网格划分和后处理等能力。另外，它还将创新的、耳目一新的数值模拟技术引入各主要物理学科。这些改进代表了数值模拟驱动产品的发展道路又向前迈出了一步。（注：本章节的内容源自ANSYS官网）ANSYS12.0WorkbenchANSYS12.0Workbench作为一个框架，整合现有的应用，将数值模拟过程结合在一起，在工程页引入了工程流程图的概念，见图1-1。通过该项功能，一个复杂的包含多场分析的物理问题，通过系统间的连接实现相关性。图表元素右边的状态符号显示了该项设置是否需要更新、输入等，方便使用者查看设置状态。ANSYS12.0软件培训-压力容器分析上海大学机电学院安全断裂分析研究室ANSYS软件华东区培训中心延长路149号138176098875图1-1ANSYS12.0Workbench工程页图1-2ANSYS12.0Workbench核心应用程序界面此外，ANSYS12.0Workbench平台还可以作为一个应用开发框架，提供项目全脚本、报告、用户界面（UI）工具包和标准的数据接口，该功能将随后发布。在ANSYS12.0版本中，工程数据和DesignExploration将不再是独立的应用程序，通过工具箱它们被重新设计整合在ANSYS12.0Workbench工程页下。尽管工程页做了较大调整，但Workbench的核心应用程序及操作界面并无大的改变，见图1-2。在这个创新的框架下，工程师可以完成一个完整的数值模拟，包括CAD集成、几何修改和网格划分。工程页的概念流程图帮助指导使用者完成复杂的分析，说明和明确数据关系，捕捉自动化的过程。ANSYS12.0软件培训-压力容器分析上海大学机电学院安全断裂分析研究室ANSYS软件华东区培训中心延长路149号138176098876几何&网格划分ANSYS12.0在其深厚的知识和经验的基础上，融合了丰富的几何和网格划分技术，整合后的几何和网格划分解决方案，在不同的分析应用中可以共享几何和网格信息，对几何接口进行了增强，通过几何接口使用者可以从CAD系统中输入更多的信息，包括新的数据类型如：用于模拟梁的线体；附加属性如颜色、坐标系及在CAD系统中改进的命名选择等。前处理大模型时，支持64位操作系统，可以对几何进行智能有选择更新。另外，ANSYS12.0Workbench增强了创建几何的功能，提供了更多的自动化功能和更强的适应性，增加了合并、连接和映射等功能用于曲面建模。新增工具可以自动探测处理常见问题，如小边、碎面、孔洞、裂痕以及尖角面。新版本对几何模型的修改和处理速度更快。图1-3显示了清除前后的飞机模型。图1-3采用几何清除工具前后的飞机模型自动网格划分解决方案在流体动力学中取得了很好的结果。应用GAMBIT和TGrid的网格附加功能，可以在最少输入情况下，自动生成合适的进行计算流体动力学分析的四面体网格。另外，它融合了高级尺寸函数（与GAMBIT相似）、棱柱及四面体网格（来自TGRID）及其他网格划分技术，改进了网格平滑度、网格质量、划分速度、曲率近似功能捕捉、边界分层捕捉等功能。尽管许多功能是出于流体动力学的应用而改进的，但是它们仍然可以用于其他数值模拟分析应用。如结构分析的用户可以应用这些功能，得到自动化和高质量的网格。新增多区域网格划分方法使用户在不进行几何分割的情况下，可以对复杂的几何模型划分纯六面体网格，图1-4为对制动器转子执行一次操作所得到的六面体网格。图1-4制动器转子六面体网格多物理场新版本扩展了多场求解功能。新增功能及增强功能可以处理直接耦合和顺序耦合的多物理场问题，ANSYS12.0Workbench下的多场数值模拟速度比以前更快。ANSYS12.0将求解器技术整合在一个统一的数值模拟环境中，为多场求解提供了更有效的工作流程。扩展分布式稀疏求解器功能，支持共享和分布式计算环境下的非对称和复杂矩阵。这种新的求解技术极ANSYS12.0软件培训-压力容器分析上海大学机电学院安全断裂分析研究室ANSYS软件华东区培训中心延长路149号138176098877大的缩短了某些直接耦合解决方案的执行时间，如：包含Peltier和Seebeck效应的耦合场分析，及热电耦合分析等。此外，可以应用直接耦合单元模拟多孔介质的渗流。ANSYS12.0Workbench框架支持直接耦合场分析，相关的直接耦合场单元（SOLID226和SOLID227）支持热电耦合。此外，还有一个热电耦合分析系统支持温度相关材料的焦耳传热分析和高级热电效应，如Peltier和Seebeck效应。该新技术的应用领域包括集成电路、电子轨道、排线和热电制冷装置的焦耳热分析。图1-5Workbench