压力容器分析设计课程作业

-多孔管板应力分析

大连理工大学

Dalian University of Technology

一．问题提出

由于本装置开孔的数量极多，有很大的不安全隐患，因而有必要对此管板进行相对细致的应力分析，校核其强度，刚度等力学性能，以判断其是否能保证良好运行。

二．模型简化

考虑到其结构的对称性，再者其没片管孔开的数量虽不尽相同，但是亦相差不多，故而将其简化为1/8扇形区域，并选择开孔多的N5D部分作为分析对象。

三．模型建立

单元类型：本模型选用了shell181单元，设置单元厚度为240mm

材料特性：选择了结构线性各向同性材料设置E=210GPa，μ=0.3

几何建模：

由于孔的数量比较多，采用了ANSYS自身APDL语言，建立了小孔的结构。具体过程如下：

可以看出，在建立模型时是通过圆心-圆-圆面-扇面-布尔操作-最终模型等步骤逐渐形成的。

网格划分：由于模型的尺寸比较大而空的直径相对又比较小，划分时若尺寸选得过大，网格过于粗糙，若过小又运行时间又太长，显得耗时不经济，故在划分时设置Area尺寸为5。

边界条件：本结构的边界条件，让人难以驾驭，因为按理说对于每一个管孔都应该有约束，但是我对管孔应该加何种边界条件并没有一个清晰的认识，是加位移约束呢？还是力？再者若加力约束，孔如此之多，虽然可以通过APDL方法加载于圆环线上，但是加载多少又是一个问题。故而施加边界条件时并没有考虑管孔，而是直接在边界上述施加了位移约束，在面上加了压强4.2MPa。

四．结果分析

第一主应力云图如下

放大，可以看出考管板中心处的管孔，所受的应力相对较大

下面对这部分区域进行应力分析，定义两条路径way1和way2如下：

应力分布如下

Way1：

Way2：

五.问题讨论

在建立此模型时，1.单元的选取，曾试图选择solid45单元，通过建立实体来进行应力分析(主要参考部分案例也是如此，并且在网格划分时可以选择sweep方法，认为这样更加准确)，并在初期选择

建立整块管板的模型，但是这样连模型都建不起来，电脑空间不够。后来选择建1/4但仍然不行，再后来1/8,虽能进行网格划分，但是时间相当长，以至于还是放弃了，最终转为shell单元。2.边界条件的设定，对管孔边界的处理。3.压力的施加，就对整个管板施加一个管程压力4.2MPa也并不确定。4.对结果的疑问，结果显示应力水平相当低，但这是不是与边界条件给的不大正确有关呢？还有温差导致的应力如何考虑呢？