ansys分析

蒸汽管道的3D应力分析

1.1问题描述

学期：2015-2016学年第1学期

教师：

组别：

题目：蒸汽管道的3D应力分析

如图所示铸铁制蒸汽管道的纵切面，其内部为蒸汽，外部覆盖有保温层，与寒冷空气接触。

铸铁管道的密度为7.8 t/m3，导热系数为k1，热膨胀系数为α1，杨氏模量为，泊松比为；保温层的密度为1 t/m3，导热系数为k2，热膨胀系数为α2，杨氏模量为，泊松比为；管道内蒸汽压强为p，温度为T，与管道内层接触处的对流换热系数为；保温层外大气压强为0.1MPa，温度为，与保温层外层接触处的对流换热系数为。热膨胀系数参考温度均为22℃。管道及保温层的左右两端面为光滑支撑(Frictionless Support)。试对该管道进行热和静力学分析，得到温度(Temperature)、热应变(Thermal Strain)与等效应力(Von-Mises Equivalent Stress)分布。各未知量取值如下：

1.在操作过程中，始终注意所使用的单位，特别是对流换热系数；

2.该几何模型由两个实体组成，应当在两个实体间有适当的小间隙，或在拉伸时使用Add Frozen选项；

3.类似于8.4.5节，将热分析的结果用于力分析的载荷；

4.所用材料若在库中并不存在，应当自行创建。材料属性至少应当包括密度(Density)、各向同性弹性(Isotropic Elasticity)、各向同性热导率(Isotropic Thermal Conductivity)、各向同性热膨胀率(Isotropic Secant Coefficient of Thermal Expansion)；

5.为了得到规整的单元网格，可仿照上图的方法，对管道的截面添加Mapped Face Meshing。

6.薄管道的厚度方向，单元数量至少3个。

1.3分析流程

2.工程设置

项目A和项目B关联数据共享如图1所示

图 1

材料设置mat1 mat2 如图2 

单位设置 图3所示 

图2

图3

3.建模

3.1绘制蒸汽管的截面圆并输入如下尺寸

图4

3.2选择Extrude，Add Frozen并输入拉伸深度500如图5

图5

分配材料mat1和mat2如图6图7所示

图6

图7

4.网格划分

在Mesh上单击鼠标右键选择Insert，Mapped Face Meshing，连续两次如下图，在Mesh上单击鼠标右键选择Insert，Mapped Face Meshing，连续两次如下图，选择Insert，Sizing并重复

图8

图9

将蒸汽管隐藏

图10

设置保温层网格划分方式为Mapped Face Meshing，

选择保温层的四个面

图11

将蒸汽管显示，隐藏保温层，重复保温层的步骤，设置蒸汽管的网格划分方法

图12

5.静态结构分析

边界条件输入对流交换系数和环境温度

图13

施加载荷

图14

选择支撑

图15

添加温度条件

图16

添加等效应力(Von-Mises Equivalent Stress)