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1、有限元工程應(yīng)用報(bào)告蒸汽管道的3D應(yīng)力分析院系機(jī)械與汽車工程學(xué)院專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班級(jí)姓名學(xué)號(hào)1日期目錄1.問題1.1問題描述學(xué)期：2015-2016學(xué)年第1學(xué)期Dd1d0500教師：組別：題目：蒸汽管道的3D應(yīng)力分析如圖所示鑄鐵制蒸汽管道的縱切面，其內(nèi)部為蒸汽，外部覆蓋有保溫層，與寒冷空氣接觸。鑄鐵管道的密度為7.8t/m3，導(dǎo)熱系數(shù)為k1，熱膨脹系數(shù)為α1，楊氏模量為，泊松比為；保溫層的密度為1t/m3，導(dǎo)熱系數(shù)為k2，熱膨脹系數(shù)為α2，楊氏模量為，泊松比為；管道內(nèi)蒸汽壓強(qiáng)為p，溫度為T，與管道內(nèi)層接觸處的對(duì)流換熱系數(shù)為；保溫層外
2、大氣壓強(qiáng)為0.1MPa，溫度為，與保溫層外層接觸處的對(duì)流換熱系數(shù)為。熱膨脹系數(shù)參考溫度均為22℃。管道及保溫層的左右兩端面為光滑支撐(FrictionlessSupport)。試對(duì)該管道進(jìn)行熱和靜力學(xué)分析，得到溫度(Temperature)、熱應(yīng)變(ThermalStrain)與等效應(yīng)力(Von-MisesEquivalentStress)分布。各未知量取值如下：學(xué)號(hào)43444546474849D(mm)340350360370380390400d0(mm)220230240250260270280d1(mm)275280285290295
3、300305T(℃)707580859095100p(MPa)0.420.40.380.360.340.320.3()70717273747576()1.2e-61.19e-61.18e-61.17e-61.16e-61.15e-61.16e-6(GPa)2001951901851801752000.270.280.290.30.310.320.33()0.020.0210.0220.0230.0240.0250.026()0.7e-60.69e-60.68e-60.67e-60.66e-60.65e-60.64e-629(GPa)2019
4、.51918.51817.5170.380.390.40.410.420.430.441.2問題分析1.在操作過程中，始終注意所使用的單位，特別是對(duì)流換熱系數(shù)；2.該幾何模型由兩個(gè)實(shí)體組成，應(yīng)當(dāng)在兩個(gè)實(shí)體間有適當(dāng)?shù)男￠g隙，或在拉伸時(shí)使用AddFrozen選項(xiàng)；3.類似于8.4.5節(jié)，將熱分析的結(jié)果用于力分析的載荷；4.所用材料若在庫中并不存在，應(yīng)當(dāng)自行創(chuàng)建。材料屬性至少應(yīng)當(dāng)包括密度(Density)、各向同性彈性(IsotropicElasticity)、各向同性熱導(dǎo)率(IsotropicThermalConductivity)、各向同性熱
5、膨脹率(IsotropicSecantCoefficientofThermalExpansion)；5.為了得到規(guī)整的單元網(wǎng)格，可仿照上圖的方法，對(duì)管道的截面添加MappedFaceMeshing。6.薄管道的厚度方向，單元數(shù)量至少3個(gè)。1.3分析流程2.工程設(shè)置項(xiàng)目A和項(xiàng)目B關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)共享如圖1所示圖129材料設(shè)置mat1mat2如圖229單位設(shè)置圖3所示圖229圖3293.建模3.1繪制蒸汽管的截面圓并輸入如下尺寸圖429293.2選擇Extrude，AddFrozen并輸入拉伸深度500如圖5圖529分配材料mat1和mat2如圖6圖7
6、所示圖629圖7294.網(wǎng)格劃分在Mesh上單擊鼠標(biāo)右鍵選擇Insert，MappedFaceMeshing，連續(xù)兩次如下圖，在Mesh上單擊鼠標(biāo)右鍵選擇Insert，MappedFaceMeshing，連續(xù)兩次如下圖，選擇Insert，Sizing并重復(fù)圖829圖9將蒸汽管隱藏圖10設(shè)置保溫層網(wǎng)格劃分方式為MappedFaceMeshing，選擇保溫層的四個(gè)面29圖1129將蒸汽管顯示，隱藏保溫層，重復(fù)保溫層的步驟，設(shè)置蒸汽管的網(wǎng)格劃分方法圖1229295.靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析邊界條件輸入對(duì)流交換系數(shù)和環(huán)境溫度圖1329施加載荷圖1429選擇支撐
7、圖1529添加溫度條件圖1629添加等效應(yīng)力(Von-MisesEquivalentStress)圖1729添加熱應(yīng)變(ThermalStrain)圖18圖1929計(jì)算求解圖2029求解結(jié)果圖216.結(jié)果分析將試視圖剖開29圖22等效應(yīng)力Von-MisesEquivalentStress29圖24載荷pressure29圖25支撐圖2629溫度圖27對(duì)流邊界條件29圖28圖2929將云圖的顏色方案設(shè)置為灰度圖30灰階圖如下29圖317.課程總結(jié)在該課程中學(xué)習(xí)了哪些內(nèi)容，有何收獲。相對(duì)于其他應(yīng)用型軟件而言，ANSYS作為大型權(quán)威性的有限元分析
8、軟件，對(duì)提高解決問題的能力是一個(gè)全面的鍛煉過程，是一門相當(dāng)難學(xué)的軟件，因而，要學(xué)好ANSYS，對(duì)學(xué)習(xí)者就提出了很高的要求，一方面，需要我們有比較扎實(shí)的力學(xué)理論基礎(chǔ)，對(duì)ANSYS分
