压力容器管板厚度优化设计步骤.docx
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压力容器管板厚度优化设计步骤
压力容器管板厚度的优化设计
——有限元作业
班级:
姓名:
学号:
指导老师:
年月日
一、考试题目:
如上图所示为某厂一台氨冷器的结构示意图,属于U型管式换热器,其相关的参数如下:
设计压力:
管程:
Pt=(31.4+46×10-1)MPa,壳程:
Ps=2.5MPa
设计温度:
管程:
-10~300C壳程:
-150C
材料:
管板:
20MnMo锻件球形封头:
16MnR
许用应力Sm:
管板:
196MPa球形封头:
147MPa
材料的弹性模量Sm:
E=2.0*105MPa泊松比:
v=0.3
材料密度:
ρ=7.8t/m3
其截面尺寸必须满足如下限制条件:
790mm≤b≤(820+46×10)mm,340mm≤h≤(390+46×10)mm。
请设计管板的厚度h和管板的外半径b,在满足给定的强度要求下使得管板的重量最小。
(系数K=学号最后两位数(如:
2013******46),那么K=46)
要求:
写出操作步骤和命令流,定义工作文件名和工作标题为你的姓名拼音+学号,A4纸双面打印(封面页不双面打印),图的底色为白色,不能为黑色,命令流分两栏打印。
GUI操作
参考《ANSYS工程应用实例解析-龚曙光》P263-P277
注:
①P266的(3)建立几何模型的7)不做;
②P268的(4)划分有线单元网格的15)不做;
③P269的(5)施加载荷并求解的1)“L20”改为“L21”;
④P269的(5)施加载荷并求解的2)“1375”节点等同于“12”关键点;
⑤P270的(5)施加载荷并求解的3)要注意选择倒角线等;
⑥P270的(6)进入后处理器计算单元总体积5)中“1834”“2324”节点等同于关键点“1”“4”;
命令流方式(注,需要参照书本做一遍,根据保存数据得到,使用命令流才有效,否则效果不对,如果出现效果不对,要关闭软件再试一次命令流)
(1)定义工件文件名及工作标题
(2)定义材料属性及单元类型
1)定义材料属性及单元类型
如图2-1
如图1-1
2)设置当量材料的属性
类同于图2-1
3)定义第一个单元类型
如图2-2
如图1-2
4)定义第二个单元类型
类同于如图1-2
5)输入设计参数
如图2-3
如图2-3
(3)建立几何模型
1)生成矩形面积
如图3-1
如图3-1
2)生成环形面
如图3—2
如图3—2
3)面相加操作
进行Booleans运算选择PICKALL
4)倒角操作
如图3-3
如图3-3
5)由倒角围城一个面积
如图3-4
如图3-4
6)面相加
进行Booleans运算选择PICKALL
生成结果如3—5
保存文件
File>saveas
(4)划分有限元网格
1)显示工作平面
2)移动工作平面到关键点
3)显示移动工作平面工具条
4)旋转工作平面
5)分开面
6)移动工作平面到关键点
7)分开面
8)移动工作平面到关键点
9)旋转工作平面
10)分开面
11)移动工作平面到指定位置
12)旋转工作平面
13)叠分面
14)显示
15)连线
进行布尔相加选择线L7,L23如图4—1
图4—1
16)显示划分网格工具条
17)设置拾取线上网格的划分数
拾取编号L10,9,15,20,13NDIV=6,如图4—2
同理拾取编号L6,8,3NDIV=3;L21,22,7NDIV=4
图4—2
18)设置单元尺寸大小
19)划分第二区的网格
20)设置网格的属性
21)划分自由网格
22)设置网格的属性
23)划分第一区的网格
24)保存网格划分的结果
(5)施加载荷并求解
1)在线上施加边界约束
约束下1,10,21如图5—1
图5—1
2)在节点上施加边界约束
选中关键点12如图5—2
图5—2
3)施加面载荷
选取L16,8,3,14,11如图5—3
图5—3
4)运算求解
5)保存结果
(6)进入后处理计算单元总体积
1)定义单元表格
2)计算单元体积的总和
3)取出体积的值
4)计算初始重量
5)定义路径
选取关键点1和4如图6—1
图6—1
6)映射数据到路径上
7)得到路径上最大的VONMISES
8)生成优化文件
(7)进入优化处理器并指定分析文件
1)指定分析文件
2)指定设计变量
3)设置状态变量
4)保存优化数据
5)设置目标函数
6)指定优化方法
7)运行优化
8)指定优化方法
9)运行优化
10)保存优化运行结果
(8)查看优化结果
1)查看最佳设计序列
如图8—1
图8—1
2)列出所有序列的结果
如图8—2
图8—2
3)显示目标函数的变化规律
如图8—3
图8—3
命令流(左右分栏)如下:
/TITLE,xianghui46
/PREP7
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,EX,1,,2e5
MPDATA,PRXY,1,,0.3
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,EX,2,,1.08e5
MPDATA,PRXY,2,,0.305
ET,1,PLANE82
KEYOPT,1,3,1
KEYOPT,1,5,0
KEYOPT,1,6,0
ET,2,PLANE2
KEYOPT,2,3,1
KEYOPT,2,5,0
KEYOPT,2,6,0
*SET,B,0.820+0.46
*SET,H,0.390+0.46
*SET,SR,0.700
*SET,h1,0.050
*SET,DENS,7.8
RECTNG,0,B,0,H,
RECTNG,SR,B,H,H+H1,
CYL4,0,H+H1,SR,0,B,90
FLST,2,3,5,ORDE,2
FITEM,2,1
FITEM,2,-3
AADD,P51X
LFILLT,8,14,0.010,,
FLST,2,3,4
FITEM,2,6
FITEM,2,5
FITEM,2,3
AL,P51X
FLST,2,2,5,ORDE,2
FITEM,2,1
FITEM,2,4
AADD,P51X
KPLOT
KWPAVE,6
wprot,0,90
APLOT
ASBW,2
KWPAVE,7
ASBW,1
KWPAVE,9
wprot,0,0,90
ASBW,3
FLST,2,1,8
FITEM,2,0,0.31,0
WPAVE,P51X
wprot,0,0,-90
FLST,2,2,5,ORDE,2
FITEM,2,1
FITEM,2,5
ASBW,P51X
LPLOT
WPSTYLE,,,,,,,,0
FLST,2,2,4,ORDE,2
FITEM,2,7
FITEM,2,23
LCOMB,P51X,,0
FLST,5,5,4,ORDE,5
FITEM,5,5
FITEM,5,9
FITEM,5,-10
FITEM,5,13
FITEM,5,20
CM,_Y,LINE
LSEL,,,,P51X
CM,_Y1,LINE
CMSEL,,_Y
LESIZE,_Y1,,,6,,,,,1
FLST,5,3,4,ORDE,3
FITEM,5,3
FITEM,5,6
FITEM,5,8
CM,_Y,LINE
LSEL,,,,P51X
CM,_Y1,LINE
CMSEL,,_Y
LESIZE,_Y1,,,3,,,,,1
FLST,5,3,4,ORDE,3
FITEM,5,7
FITEM,5,21
FITEM,5,-22
CM,_Y,LINE
LSEL,,,,P51X
CM,_Y1,LINE
CMSEL,,_Y
LESIZE,_Y1,,,4,,,,,1
ESIZE,0.02,0,
APLOT
MSHAPE,0,2D
MSHKEY,1
APLOT
FLST,5,3,5,ORDE,3
FITEM,5,2
FITEM,5,4
FITEM,5,7
CM,_Y,AREA
ASEL,,,,P51X
CM,_Y1,AREA
CHKMSH,'AREA'
CMSEL,S,_Y
AMESH,_Y1
CMDELE,_Y
CMDELE,_Y1
CMDELE,_Y
TYPE,2
MAT,1
REAL,
ESYS,0
SECNUM,
APLOT
MSHKEY,0
CM,_Y,AREA
ASEL,,,,8
CM,_Y1,AREA
CHKMSH,'AREA'
CMSEL,S,_Y
AMESH,_Y1
CMDELE,_Y
CMDELE,_Y1
CMDELE,_Y2
TYPE,1
MAT,2
REAL,
ESYS,0
SECNUM,
MSHKEY,1
FLST,5,2,5,ORDE,2
FITEM,5,3
FITEM,5,6
CM,_Y,AREA
ASEL,,,,P51X
CM,_Y1,AREA
CHKMSH,'AREA'
CMSEL,S,_Y
AMESH,_Y1
CMDELE,_Y
CMDELE,_Y1
CMDELE,_Y2
LPLOT
/PNUM,KP,0
/PNUM,LINE,1
/PNUM,AREA,0
/PNUM,VOLU,0
/PNUM,NODE,0
/PNUM,TABN,0
/PNUM,SVAL,0
/NUMBER,0
/PNUM,ELEM,0
/REPLOT
FINISH
/SOL
FLST,2,3,4,ORDE,3
FITEM,2,1
FITEM,2,10
FITEM,2,21
/GO
DL,P51X,,UX,
/PNUM,KP,1
/PNUM,LINE,1
/PNUM,AREA,0
/PNUM,VOLU,0
/PNUM,NODE,0
/PNUM,TABN,0
/PNUM,SVAL,0
/NUMBER,0
/PNUM,ELEM,0
/REPLOT
FLST,2,1,3,ORDE,1
FITEM,2,12
/GO
DK,P51X,,,,0,UY,,,,,,
FLST,2,5,4,ORDE,5
FITEM,2,3
FITEM,2,8
FITEM,2,11
FITEM,2,14
FITEM,2,16
/GO
SFL,P51X,PRES,36,
/STATUS,SOLU
SOLVE
/POST1
AVPRIN,0,,
ETABLE,EVOL,VOLU,
SSUM
*GET,VTOT,SSUM,,ITEM,EVOL
*SET,WT,DENS*VTOT
FLST,2,2,1
FITEM,2,2871
FITEM,2,2103
PATH,AC,2,30,20,
PPATH,P51X,1
PATH,STAT
AVPRIN,0,,
PDEF,MISES,S,EQV,AVG
/PBC,PATH,,0
*GET,VON_MISE,PATH,,MAX,MISES
!
LGWRITE,'46tube_she','lgw','D:
\yaoyuanbizhidihehe\',COMMENT
FINISH
/OPT
OPANL,'46tube_she','lgw','D:
\yaoyuanbizhidihehe\'
OPVAR,B,DV,0.79,1.28,,
OPVAR,H,DV,0.34,0.85,,
OPVAR,VON_MISE,SV,,294,,
OPSAVE,'46tube_she','opt',''
OPVAR,WT,OBJ,,,0.1,
OPTYPE,RUN
OPEXE
!
OPTIMIZATIONLOOPINGHASCLEAREDTHEINTERNALLOG
KEYW,BETA,0
OPTYPE,FIRS
OPFRST,10,,,
OPEXE
!
OPTIMIZATIONLOOPINGHASCLEAREDTHEINTERNALLOG
KEYW,BETA,0
SAVE,'46tubesheet_opt_resut','db','D:
\yaoyuanbizhidihehe\'
GPLOT
/OPT
OPLIST,4,,0
OPLIST,ALL,,0
/AXLAB,X,iterationnumber
/AXLAB,Y,structuralweight
/GTHK,AXIS,2
/GRTYP,0
/GROPT,ASCAL,ON
/GROPT,LOGX,OFF
/GROPT,LOGY,OFF
/GROPT,AXDV,1
/GROPT,AXNM,ON
/GROPT,AXNSC,1,
/GROPT,DIG1,4,
/GROPT,DIG2,3,
/GROPT,XAXO,0,
/GROPT,YAXO,0,
/GROPT,DIVX,
/GROPT,DIVY,
/GROPT,REVX,0
/GROPT,REVY,0
/GROPT,LTYP,0
/XRANGE,DEFAULT
/YRANGE,DEFAULT,,1
XVAROPT,''
PLVAROPT,WT
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- 压力容器 厚度 优化 设计 步骤