ansys课程设计说明书-范本1

高压闪蒸槽压力载荷作用下整体等效模

型的应力分析

1．问题描述

1.1工程背景

物质的沸点是随压力增大而升高，那么是不是压力越低，沸点就越低呢。那好，这样就可以让高压高温流体经过减压，使其沸点降低，进入闪蒸罐。这时，流体温度高于该压力下的沸点。流体在闪蒸罐中迅速沸腾汽化，并进行两相分离。使流体达到气化的设备不是闪蒸罐，而是减压阀。闪蒸罐的作用是提供流体迅速气化和汽液分离的空间。

1.2内衬材料结构与计算参数

1.2.1 砖结构

外层：230(轴向)×200（环向）×60（径向）；

中层：230(轴向)×65（环向）×131（径向）；

内层：230(轴向)×65（环向）×131（径向）。

1.2.2 胶泥

从壳壁至中心依次为：Dolit 788+Dolit 788+Stellakitt AE；

每层砖之间胶泥厚度为6mm；每个砖缝之间胶泥厚度为4mm（环向砖缝和垂直砖缝）1.2.3 隔离层

钢壳体与最外层砖之间设置隔离层：即6mm厚的铅；4mm 陶瓷纸。

1.2.4 载荷

设计压力：4.56Mpa

应力分析所需相关材料的性能参数详见附件。

1.3高压闪蒸槽设计图纸

要进行高压闪蒸槽压力载荷作用下整体等效模型的应力分析，最为关键的应该是该问题等效模型的建立以及后处理分析。等效模型为壳体，采用shell181单元，以此单元建立层层壳模型。通过应力分析、位移分析从而得出高压闪蒸槽在所给高压下其强度、刚度等是否能够满足要求。

2．所用单元介绍：shell 181

SHELL181适合分析薄的及中等厚度的板壳结构零件。它一个单元有四个结点，每个结点有六个自由度，即沿X，Y，Z方向的移动自由度和转动自由度。退化“三角形”选项，只能过滤单元化分网中使用。SHELL181 支持线性，大扭转和大应变，变厚度非线性分析。它既能用完全法也可用缩减法，可用于分布载荷及应力刚化。

SHELL181可用于多层材料模型。shell181的厚度是通过两种方式定义的，即section 和实常数两种。而这两种当中的优先在于定义的section，其次是考虑实常数。SHELL181是四节点三维壳单元，每个节点有六个自由度。该单元支持所有的非线性功能（包括大应变），允许有多达250 层材料层。这种方法由下到上一层一层定义材料层的配置。底层为第一

层，后续的层沿单元坐标系的Z轴正方向自底向上叠加。

3．模型的建立及求解后处理

3.1模型建立过程的分析

该分析的模型为壳体，则关键为面的建立。采用与筒仓相类似的模型建立方法——由底向上建立几何模型，即先生成关键点，再由点生成线，之后由线生成面。最后对所得的面进行操作得到几何模型。由于采用层层壳模型，则对陶砖与胶体混合层需要对其弹性模量E和泊松比进行等效，使之简化为一层壳。

建立等效模型，首先就是要有正确的关键点。由于在模型建立的过程中涉及到有线绕轴生成面这一步骤，故再由点生成线的过程中，点的连接顺序就显得很重要。如果连接的方向错了，其法线方向则会反向，那么就会发现方向会导致在施加均布内压时，压力的方向不正确，扩展壳体时材料的的叠放顺序与实际顺序相反等一系列问题。最终导致求解结果的不正确。

采用section来定义壳的厚度。鉴于模型的形状故采用映射网格对其进行剖分。在后处理中由于需要看不同部位的应力与位移，故需要分别建立局部坐标。

3.2分析的GUI路径

1进入ANSYS定义作业名为“kcsj”

2设置计算类型Main Menu: Preferences →select Structural →OK

3选择单元类型

Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add →选择shell 181 →OK，Options →All layer →OK.

4定义材料参数

Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic →分别定义13种材料的弹性模量与泊松比→OK

5定义壳的厚度

Main Menu: Preprocessor →Section →Shell →Lay-ups →Add/Edit→OK

6.生成几何模型

6.1生成关键点

Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Keypionts →In Active CS →1（0,4.69）→Apply→按上述步骤依次生成2至33号关键点→34(-3.5,-1.71)→OK

6.2由点生成线

Main Menu: Preprocessor →Modeling→Create →Lines →Straight Line →依次连接→OK Main Menu: Preprocessor →Modeling→Create →Lines →Splines →依次连接关键点→OK 6.3由线生成面

Main Menu: Preprocessor →Modeling→Operate→Extrude→Lines→About Axis→选择线→Apply→选择2个轴线点→Apply→ARC输入360，NSEG输入8→Apply→按照以上步骤依次生成筒体、管口a、管口b、管口c、管口d、管口e1、管口e2的面→OK

6.4 采用布尔操作分割面

Main Menu: Preprocessor →Modeling→Operate→Boolean→Partition→Areas→Pick All

6.5 删除多余的面

Main Menu: Preprocessor →Modeling →Delete →Areas and below→选择多余的面→OK 6.6 将面粘在一起

Main Menu: Preprocessor →Modeling→Operate→Boolean→Glue→Lines→Pick All

即得几何模型，如图3.2.1

7.网格划分

7.1.附属性

Meshing→Mesh Attributes→Picked Areas→分别选择在SECT中选择其对应的Section→OK 7.2网格划分

Main Menu: Preprocessor →Meshing →Mesh Tool→Global: Set →设置为0.15→Areas→Mesh（用free网格）→Pick All即得有限元模型，如图3.2.2示：

图3.2.1 图3.2.2

8.边界条件的施加过程