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ANSYS Workbench 12.0 压力容器分析.pdf

发布时间：2022-06-02 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：7.50M 资料格式：pdf 举报 版权申诉
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    ANSYS12.0 软件培训 ——压力容器分析 编制：许京荆 2010.6 上海大学机电学院安全断裂分析研究室 ANSYS 华东地区技术支持中心 ANSYS 软件华东地区培训中心
    ANSYS12.0 软件培训-压力容器分析 内 容 目 录 第1章 绪论 1.1 ANSYS 软件概述 1.2 ANSYS12.0 新功能介绍 第2章 ANSYS12.0 Workbench 平台的使用 2.1 有限元分析与 ANSYS12.0 Workbench 2.2 ANSYS12.0 Workbench 工程数值模拟分析一般过程 2.2.1 ANSYS12.0 Workbench 界面 2.2.2 分析系统加入工程流程图 2.2.3 使用分析系统 2.2.4 使用 Workbench 功能 2.2.5 添加关联分析系统 2.2.6 参数化设计及工程数值模拟优化 2.2.7 自定义工程数值模拟分析流程 2.3 ANSYS12.0 Workbench 窗口管理 2.3.1 Workbench 窗口管理功能 2.3.2 Workbench 窗口相互切换 2.3.3 Workbench 窗口紧凑模式 第3章 ANSYS12.0 压力容器建模技术 3.1 ANSYS12.0 DesignModeler 几何模型 3.1.1 DesignModeler 用户界面 3.1.2 选择过滤器及案例 3.1.3 长度单位 3.1.4 草图模式 3.1.4.1 平面和草图及案例 3.1.4.2 绘制草图及案例 3.1.4.3 草图标注及案例 3.1.4.4 草图约束及案例 3.1.4.5 编辑草图及案例 3.1.4.6 草图援引及案例 3.1.4.7 草图技巧 3.1.5 3D 实体模型 3.1.5.1 体和零件 3.1.5.2 3D 特征 3.1.5.3 布尔操作及案例 3.1.5.4 特征方向 3.1.5.5 特征类型 3.1.5.6 特征创建及案例 3.1.5.7 3D 实体建模案例-排气装置 3.1.6 概念建模及案例 3.1.6.1 创建线体及案例 3.1.6.2 3D 曲线特征及案例 3.1.6.3 创建面体及案例 上海大学机电学院安全断裂分析研究室 ANSYS 软件华东区培训中心 延长路 149 号 13817609887 1
    ANSYS12.0 软件培训-压力容器分析 3.1.7 高级工具及案例 3.1.7.1 冰冻【Freeze】及案例 3.1.7.2 解冻【Unfreeze】 3.1.7.3 命名选择【Named Selection】 3.1.7.4 接合【Joint】 3.1.7.5 抽取中面【Mid- surface】与表面延伸【Surface Extension】及案例 3.1.7.6 切片【Slice】 3.1.8 压力容器建模实例—3D 梁壳储罐模型 第4章 ANSYS12.0 压力容器网格划分技术 4.1 ANSYS12.0 Meshing 网格划分概述 4.2 ANSYS12.0 Meshing 网格划分方法 4.3 ANSYS12.0 Meshing 网格划分控制 4.3.1 网格划分用户界面 4.3.2 网格划分方法 4.3.3 网格局部尺寸控制【Sizing】 4.3.4 接触区域网格控制【Contact Sizing】 4.3.5 网格局部单元细化【Refinement】 4.3.6 映射面网格划分【Mapped Face meshing】 4.4 网格划分控制案例—装配体模型 4.5 薄层扫掠网格划分及案例—3D 实体储罐模型 第5章 ANSYS12.0 结构分析技术 5.1 结构分析概述 5.2 结构分析方法 5.3 结构运动方程 第6章 ANSYS12.0 压力容器静力分析 6.1 ANSYS12.0 Static Structural 结构静力分析方法 6.1.1 结构静力分析用户界面 6.1.2 工程数据中定义材料属性 6.1.3 几何模型 6.1.4 定义零件行为 6.1.5 联接关系 6.1.6 模型网格划分 6.1.7 分析设置 6.1.8 载荷及支撑 6.1.9 求解选项 6.1.10 结果后处理 6.2 压力容器分析求解策略 6.2.1 提取分析模型 6.2.2 对称性 6.2.3 处理重点关心位置 6.2.4 细节结构的考虑 6.2.5 工况分析 6.2.6 单元选择 6.2.7 网格划分 上海大学机电学院安全断裂分析研究室 ANSYS 软件华东区培训中心 延长路 149 号 13817609887 2
    ANSYS12.0 软件培训-压力容器分析 6.2.8 施加载荷与约束条件 6.2.9 试算结果评估 6.2.10 尖角处理 6.2.11 热点应力 6.2.12 结果显示 6.2.13 强度评定 6.3 压力容器分析案例—筒体封头连接的强度分析及应力评定 6.3.1 问题描述 6.3.2 问题分析 6.3.3 数值模拟过程 6.4 压力容器分析案例—冷却器缓冲罐自重、静水压力、内压、地震等多载荷数值模拟 6.4.1 问题描述 6.4.2 问题分析 6.4.3 数值模拟过程 第7章 ANSYS12.0 Linear Buckling 线性屈曲分析 7.1 线性屈曲分析概述 7.2 线性屈曲分析方法 7.3 线性屈曲分析案例-管子模型 7.3.1 问题描述及分析 7.3.2 数值模拟过程 7.4 线性屈曲分析案例-杆件屈曲 7.4.1 问题描述及分析 7.4.2 数值模拟过程 7.5 线性屈曲分析案例-圆弧屈曲 7.5.1 问题描述及分析 7.5.2 数值模拟过程 上海大学机电学院安全断裂分析研究室 ANSYS 软件华东区培训中心 延长路 149 号 13817609887 3
    ANSYS12.0 软件培训-压力容器分析 第 1 章 绪 论 1.1 ANSYS 软件概述 计算机辅助工程技术 CAE，即 Computer Aided Engineering，已经得到越来越广泛的使 用，CAE 的技术种类有很多，其中包括有限元法 FEM，即 Finite Element Method，边界元法 BEM，即 Boundary Element Method，有限差分法 FDM，即 Finite Difference Element Method 等。每一种方法各有其应用的领域，而其中有限元法应用的领域越来越广，现已应用于结构 静力学、结构动力学、热力学、流体力学、电路学、电磁学等。 ANSYS 软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。 ANSYS 软件由美国 ANSYS 开发，提供 CATIA，UG，PRO/E 等主流 CAD 软件的数据接口。 作为现代产品设计中的高级 CAE 工具，ANSYS 软件是第一个通过 ISO9001 质量认证的大型 分析设计类软件，是美国机械工程师协会（ASME）、美国核安全局（NQA）及近二十种专业 技术协会认证的标准分析软件。在国内第一个通过了中国压力容器标准化技术委员会认证并 在国务院十七个部委推广使用。 ANSYS 有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序，可以用来求解结构、流 体、电力、电磁场及碰撞等问题。因此它可应用于以下工业领域： 航空航天、汽车工业、生 物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械等。ANSYS 软件是开放、 灵活的数值模拟软件，其为产品设计的每一阶段提供解决方案，包括通用多物理场数值模拟, 行业分析，模型建造，设计分析，多目标优化，客户化结构分析解决方案，ANSYS 软件成为 从事工程研究与分析的广大企事业单位，研究院所广泛使用的计算分析工具。 1.2 ANSYS12.0 新功能介绍 2009 年 6 月，ANSYS12.0 在中国正式推出，作为一个大型的 CAE 分析软件，ANSYS 自 上个世纪七十年代诞生以来，随着计算机和有限元理论的发展，在各个领域得到了高度的评 价和广泛的应用。伴随着版本的更新，分析能力和各项操作功能都得到了更好的完善和发展。 ANSYS12.0 不仅在计算速度上进行了改进，同时增强了软件的几何处理、网格划分和后处理 等能力。另外，它还将创新的、耳目一新的数值模拟技术引入各主要物理学科。这些改进代 表了数值模拟驱动产品的发展道路又向前迈出了一步。（注：本章节的内容源自 ANSYS 官网）  ANSYS12.0 Workbench ANSYS12.0 Workbench 作为一个框架，整合现有的应用，将数值模拟过程结合在一起， 在工程页引入了工程流程图的概念，见图 1-1。通过该项功能，一个复杂的包含多场分析的物 理问题，通过系统间的连接实现相关性。图表元素右边的状态符号显示了该项设置是否需要 更新、输入等，方便使用者查看设置状态。 上海大学机电学院安全断裂分析研究室 ANSYS 软件华东区培训中心 延长路 149 号 13817609887 4
    ANSYS12.0 软件培训-压力容器分析 图 1-1 ANSYS12.0 Workbench 工程页 图 1-2 ANSYS12.0 Workbench 核心应用程序界面 此外，ANSYS12.0 Workbench 平台还可以作为一个应用开发框架，提供项目全脚本、报 告、用户界面（UI）工具包和标准的数据接口，该功能将随后发布。在 ANSYS12.0 版本中， 工程数据和 DesignExploration 将不再是独立的应用程序，通过工具箱它们被重新设计整合在 ANSYS12.0 Workbench 工程页下。尽管工程页做了较大调整，但 Workbench 的核心应用程序 及操作界面并无大的改变，见图 1-2。在这个创新的框架下，工程师可以完成一个完整的数值 模拟，包括 CAD 集成、几何修改和网格划分。工程页的概念流程图帮助指导使用者完成复杂 的分析，说明和明确数据关系，捕捉自动化的过程。 上海大学机电学院安全断裂分析研究室 ANSYS 软件华东区培训中心 延长路 149 号 13817609887 5
    ANSYS12.0 软件培训-压力容器分析  几何&网格划分 ANSYS12.0 在其深厚的知识和经验的基础上，融合了丰富的几何和网格划分技术，整合 后的几何和网格划分解决方案，在不同的分析应用中可以共享几何和网格信息，对几何接口 进行了增强，通过几何接口使用者可以从 CAD 系统中输入更多的信息，包括新的数据类型如： 用于模拟梁的线体；附加属性如颜色、坐标系及在 CAD 系统中改进的命名选择等。前处理大 模型时，支持 64 位操作系统，可以对几何进行智能有选择更新。 另外，ANSYS12.0 Workbench 增强了创建几何的功能，提供了更多的自动化功能和更强 的适应性，增加了合并、连接和映射等功能用于曲面建模。新增工具可以自动探测处理常见 问题，如小边、碎面、孔洞、裂痕以及尖角面。新版本对几何模型的修改和处理速度更快。 图 1-3 显示了清除前后的飞机模型。 图 1-3 采用几何清除工具前后的飞机模型 自动网格划分解决方案在流体动力学中取得了很好的结果。应用 GAMBIT 和 TGrid 的网 格附加功能，可以在最少输入情况下，自动生成合适的进行计算流体动力学分析的四面体网 格。另外，它融合了高级尺寸函数（与 GAMBIT 相似）、棱柱及四面体网格（来自 TGRID） 及其他网格划分技术，改进了网格平滑度、网格质量、划分速度、曲率近似功能捕捉、边界 分层捕捉等功能。尽管许多功能是出于流体动力学的应用而改进的，但是它们仍然可以用于 其他数值模拟分析应用。如结构分析的用户可以应用这些功能，得到自动化和高质量的网格。 新增多区域网格划分方法使用户在不进行几何分割的情况下，可以对复杂的几何模型划分纯 六面体网格，图 1-4 为对制动器转子执行一次操作所得到的六面体网格。  多物理场 图 1-4 制动器转子六面体网格 新版本扩展了多场求解功能。新增功能及增强功能可以处理直接耦合和顺序耦合的多物 理场问题，ANSYS12.0 Workbench 下的多场数值模拟速度比以前更快。ANSYS12.0 将求解器 技术整合在一个统一的数值模拟环境中，为多场求解提供了更有效的工作流程。扩展分布式 稀疏求解器功能，支持共享和分布式计算环境下的非对称和复杂矩阵。这种新的求解技术极 上海大学机电学院安全断裂分析研究室 ANSYS 软件华东区培训中心 延长路 149 号 13817609887 6
    ANSYS12.0 软件培训-压力容器分析 大的缩短了某些直接耦合解决方案的执行时间，如：包含 Peltier 和 Seebeck 效应的耦合场分析， 及热电耦合分析等。此外，可以应用直接耦合单元模拟多孔介质的渗流。 ANSYS12.0 Workbench 框架支持直接耦合场分析，相关的直接耦合场单元（SOLID226 和 SOLID227）支持热电耦合。此外，还有一个热电耦合分析系统支持温度相关材料的焦耳传 热分析和高级热电效应，如 Peltier 和 Seebeck 效应。该新技术的应用领域包括集成电路、电子 轨道、排线和热电制冷装置的焦耳热分析。 图 1-5 Workbench 热电分析（WEG 电子装备授权） 流固耦合功能中提出了一种新的 Immersed Solid FSI 算法。这是一种基于网格重叠的技术， 流体和固体区域各自拥有一套网格，该算法可以帮助工程师模拟流场中运动刚体与流体之间 的相互作用。 ANSYS12.0 流固耦合的另外一个新功能就是可以通过求解非线性雷诺压膜方程来解决 FSI 涉及到薄液膜的非线性瞬态应用。12.0 版本提供了另外一个 FSI 功能：该功能采用 ANSYS12.0 FLUENT 软件作为 CFD 求解器来进行单向流固耦合计算，基于 ANSYS12.0 CFX-Post，可以使表面温度和表面力在 ANSYS12.0 FLUENT 和 ANSYS12.0 Mechanical 产品 之间进行单向载荷传递。  结构力学 12.0 版本在结构应用中的驱动工程设计过程功能得到了很大的改进。许多新增功能及工 具整合到 ANSYS12.0 Workbench 平台中，以缩短整体求解时间。另外，在单元、材料、接触、 求解性能、线性动力学、刚体动力学及柔体动力学上也集中进行了改进。 上海大学机电学院安全断裂分析研究室 ANSYS 软件华东区培训中心 延长路 149 号 13817609887 7 图 1-6 涡轮机叶片裂纹分析（经 PADT 许可）
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