壓力容器開孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)的有限元分析系統(tǒng).pdf

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1、第37卷第1期化工機(jī)械79壓力容器開孑L補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)的有限元分析系統(tǒng)楊長明+劉蘇(南京航空航天大學(xué))摘要將ANSYS的二次開發(fā)語言APDL與VC相結(jié)合。開發(fā)了壓力容器開孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)有限元分析系統(tǒng)。通過算例驗(yàn)證了系統(tǒng)的可行性，并與開孔接管無補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，驗(yàn)證了接管補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)的合理性。關(guān)鍵詞壓力容器開孔補(bǔ)強(qiáng)有限元中圈分類號(hào)TQ051．3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼B文章編號(hào)0254-6094(2010)Ol-0079-04壓力容器開孔以后，除削弱器壁的強(qiáng)度外，因結(jié)構(gòu)的連續(xù)性被破壞，在殼體和接管的連接處，還會(huì)產(chǎn)生很高的局部應(yīng)力，因此壓力容器設(shè)計(jì)必須

2、充分考慮開孔的補(bǔ)強(qiáng)問題。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，大多采用簡化模型進(jìn)行粗略的結(jié)構(gòu)分析計(jì)算，甚至是憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行估算，得到的結(jié)果可信度都不高。而利用有限元軟件進(jìn)行傳統(tǒng)的建模和分析可以得到理想的結(jié)果，可是面對(duì)設(shè)計(jì)方案的頻繁改動(dòng)，需要修改復(fù)雜的有限元模型，甚至重建模型，效率較低。利用有限元分析軟件進(jìn)行分析時(shí)，一般采用基于GUl人機(jī)交互方式進(jìn)行，但當(dāng)結(jié)構(gòu)尺寸改變時(shí)，必將帶來很多重復(fù)的操作和人為差錯(cuò)。為此，基于VisualC++6．0平臺(tái)和ANSYSIO．0有限元軟件來開發(fā)壓力容器開孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)有限元分析系統(tǒng)，使之能夠自動(dòng)生成開孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)有限元模型

3、和自動(dòng)劃分有限元網(wǎng)格，從而實(shí)現(xiàn)通過輸入結(jié)構(gòu)參數(shù)即可自動(dòng)完成開孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)的有限元分析。1系統(tǒng)的基本功能原理該系統(tǒng)應(yīng)用VC++6．0開發(fā)工具，建立基于開孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計(jì)界面，改變其結(jié)構(gòu)參數(shù)，產(chǎn)生相應(yīng)的APDL命令流。通過修改ANSYS啟動(dòng)文件，使啟動(dòng)ANSYS時(shí)可以直接讀入VC產(chǎn)生的APDL命令流，從而得到開孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)的受力分析結(jié)果，系統(tǒng)開發(fā)流程圖如圖1所示。。囂剝搟霈H％葛鑫囂別I-'qIA篙隰lI-"卜瓣人(結(jié)構(gòu)參數(shù)．材料．載荷)廣l的接口函數(shù)APDL的嵌套參數(shù)查看鬈移結(jié)果H形成結(jié)果文件H茹星靈鬻敬件H晨盞彝圖1系

4、統(tǒng)開發(fā)流程圖2接管補(bǔ)強(qiáng)的參數(shù)化有限元分析2．1問題描述?分析模型接管及補(bǔ)強(qiáng)區(qū)的結(jié)構(gòu)形式和有關(guān)尺寸及載荷施加情況如圖2所示。由于僅考慮內(nèi)壓作用下的接管補(bǔ)強(qiáng)區(qū)應(yīng)力情況，在建模時(shí)，取實(shí)際結(jié)構(gòu)的1／4，在對(duì)稱面上加上相應(yīng)的約束條件，根據(jù)薄殼理論載荷邊界條件，在遠(yuǎn)離相貫區(qū)的接管橫截面上的均布邊界載荷g，以及在遠(yuǎn)離相貫區(qū)的簡體橫截面上的均布邊界載荷吼為：·楊長明，男，1983年11月生，碩士研究生。江蘇省南京市，210016。80化工機(jī)械2010年圖2接管補(bǔ)強(qiáng)區(qū)截面結(jié)構(gòu)圖D——壓力容器筒體內(nèi)徑，mm；厶——筒體長度，ram；卜筒體厚

5、度，mm；TI——補(bǔ)強(qiáng)厚度，ram；D；——補(bǔ)強(qiáng)圈內(nèi)徑，mill；瓦——接管厚度。mm；D?！a(bǔ)強(qiáng)圈外徑，mm；P——施加內(nèi)壓值，MPaq，=-p(D；-2T2)2／[4T：(D；一T2)](1)q：=一pD2／[471(D+r)](2)為了獲得接管補(bǔ)強(qiáng)區(qū)完整而精確的應(yīng)力場(chǎng)，采用8節(jié)點(diǎn)SOLID45三維實(shí)體單元來模擬其實(shí)體結(jié)構(gòu)。同時(shí)為了便于分析，將結(jié)構(gòu)各部分創(chuàng)建為組件形式，其中焊縫組件結(jié)構(gòu)如圖3所示。圖3焊縫組件結(jié)構(gòu)2．2接管補(bǔ)強(qiáng)有限元分析的APDL代碼舊1接管補(bǔ)強(qiáng)有限元分析的參數(shù)化APDL命令代碼主要包括以下部分：a

6、．定義單元及材料屬性；b．創(chuàng)建簡體與接管模型：c．創(chuàng)建焊縫結(jié)構(gòu)；d．構(gòu)建焊接構(gòu)件、接管、補(bǔ)強(qiáng)圈、筒體組件；o．進(jìn)行網(wǎng)格劃分；f．施加對(duì)稱約束與邊界、壓力載荷進(jìn)行求解；g．進(jìn)行求解；h．后處理顯示應(yīng)力云圖。要獲得參數(shù)化的APDL代碼，首先在ANSYS中進(jìn)行接管補(bǔ)強(qiáng)有限元分析，將可變量定義相應(yīng)參數(shù)名，使用參數(shù)名來表示相應(yīng)的數(shù)據(jù)值，分析完成后，選擇File、WriteDBLogFile菜單，輸出AP．DL批處理文本，然后對(duì)其進(jìn)行修改和簡化，這樣就能得到運(yùn)行程序所需要的參數(shù)化的APDL代碼。2．3VC與ANSYS接口技術(shù)在VC+

7、+6．0中要啟動(dòng)別的應(yīng)用程序，有多個(gè)函數(shù)可以使用，例如WinExee，SheliExecute和CreateProeess函數(shù)等。CreateProcess函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程，去執(zhí)行其他程序，它可以指定進(jìn)程的安全屬性、繼承信息和類的優(yōu)先級(jí)等，因此選擇Cre-ateProcess函數(shù)啟動(dòng)VC++。ANSYSl0．0提供了一種批處理方式的格式：“ansysl00-b-iinputname-Ooutputname”，其中in—putname和outputname分別為輸入和輸出文件名。程序中可以設(shè)計(jì)一個(gè)菜單項(xiàng)，在該菜單項(xiàng)的響應(yīng)函

8、數(shù)中利用CreateProcess函數(shù)，實(shí)現(xiàn)有限元分析程序ANSYS批處理模式的自動(dòng)運(yùn)行。程序代碼如下"o：STARTUPINFOsi；／／記錄進(jìn)程初始狀態(tài)PROCESS—INFORMATIONpi；／／記錄進(jìn)程返回信息memset(&si，0，sizeof(si))；／／初始化變量sisi．cb=sizeof(si