课程设计高压容器筒体与封头连接处应力分析.docx

高压容器筒体与封头连接处应力分析
问题描述
某高压容器设计压力为P=16MPa，筒体内径为R=900mm，筒体壁厚为T1=100mm，封头壁厚为T2=48mm，筒体削边长度L=95mm，试对该高压容器筒体与封头连接区进行应力分析，并进行优化。
分析问题
由于主要讨论封头与筒体过渡区的应力状态，故忽略封头上其他结构，建立如下模型，其中筒体长度远大于边缘应力衰减长度，此处取用体长度为Lc=1200mm。

有限元采用PLANE82单元，并设定轴对称选项。通体下端各节点约束轴向位移，球壳对称面上各节点约束水平位移，内部施加均匀压力面载荷。
3、分析过程
1、环境设置
（1）以交互模式进入ANSYS,在总路径下建立子路径，工作文件名取为wb
（2）设置标题：执行UtilityMenu>ChangeTitle命令，弹出ChangeTitle命令，输入wb，单击OK按钮，关闭对话框。
（3）初始化设计变量：执行UtilityMenu>Paramerters>ScalarParamerters命令，弹出ScalarParamerters对话框，输入数据。

2、定义单元材料
（1）定义单元类型：
执行MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete命令，弹出ElementType对话框，单击Add按钮，弹出LibraryofElementTypes对话框。

（2）单击OK，退回至ElementType对话框。
（3）设置对称轴选项：
在ElementType对话框中，单击Option按钮，设置PLANE82elementtypeoptions选项，在ElementbehaviorK3下拉框中选择Axisymmetric，单击OK。

（4）定义材料属性：
执行MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModel命令，弹出如下对话框：

（5）单击Isotropic项，弹出如下对话框：

3、创建模型
（1）生成球壳部分子午面：
执行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Circle>PartialAnnulus命令，弹出如下对话框（左），生成图形（右）：
（2）生成筒体子午面：
执行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Rectangle>By2Corners命令。
（3）旋转、偏移工作面：
执行UtilityMenu>Workplane>OffsetWPbyIncrements命令,弹出OffsetWP对话框，在Degrees一栏输入“0，-90”，单击Apply按钮，再在Snaps一栏输入“0，0，L“，完成偏移，单击OK。
（4）选择球壳部分子午面：
执行UtilityMenu>Select>Entities命令,弹出对话框，在下拉框中选择Area、ByLocation、Ycoordinates,在Min,Max一栏中输入“0，R2+T2”,单击OK。
(5)用工作面分割球壳子午面：
执行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Divide>AreabyWorkplane命令，弹出对话框，单击“PickAll”按钮。
（6）删除球壳应删除的部分：
执行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Delete>AreaandBelow命令，弹出拾取框，选中编号为4的面，单击OK按钮。
（7）提取定义过渡段的节点：
在命令流输入框中输入K1=KP(R1,0,0),K2=KP(R1+t1,0,0),分别提取定义过渡段的节点1，2。执行UtilityMenu>Select>Entities命令,弹出对话框，在下拉框中选择Keypoints、ByLocation、Ycoordinates,在Min,Max一栏中输入“L，0”，单击OK按钮。再在命令流输入框中输入“*get,k3,kp,,num,min”,”*get,k4,kp,,num,min,分别提取定义过渡段的节点3，4。
（8）全选择：
执行UtilityMenu>Select>Everything命令。
（9）生成过渡段子午面：
执行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>AreasArbitrary>ThroughKPs命令，弹出拾取框，选中8,7,9,10的四个关键点，单击OK，生成：

4、网格划分
（1）剖分与壁厚相关的线段：
执行MainMenu>Preprocessor>Meshing>SizeCntrls>Lines>PickedLines命令，弹出拾取框，选中编号为2