圆形液压管受压有限元分析.docx
- 文档编号:5760932
- 上传时间:2023-01-01
- 格式:DOCX
- 页数:13
- 大小:289.04KB
圆形液压管受压有限元分析.docx
《圆形液压管受压有限元分析.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《圆形液压管受压有限元分析.docx(13页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
圆形液压管受压有限元分析
课程考试答题册
学号
姓名
考试课程
考试日期
一、有限元编程分析。
如图1所示,圆形液压管道截面,圆形管道壁厚为100mm,管壁外半径为R,内半径为r。
管道内液体流动对管壁的载荷
。
编程计算管道壁各处的应力、应变,材料参数,R,r等自定。
(40分)
图1.圆管结构及载荷
要求:
1有限元基本方程、假设和步骤
2提交主程序、子程序源代码(程序语言不限)
3对计算结果进行讨论和误差分析。
1.分析:
由于管道沿长度方向的尺寸远大于管道的直径,在计算过程中忽略管道的端面效应,认为其长度方向无应变产生,即可将问题简化成平面应变问题,选取管道截面建立几何模型进行求解。
2.管道参数:
管道壁厚100mm,管道内液体流动对管壁的载荷
,假设管道的内径r=200m,外径R=300mm,弹性模量E=200GPa,泊松比v=0.26
3.求解步骤。
1)定义单元类型:
类型为Quad8node82,ElementbehaviorK3设置为Planestrain。
2)定义材料性能参数:
选择各向同性的线弹性模型,设置弹性模量EX=2E11,泊松比PRXY=0.26
3)生成几何模型:
生成以原点为圆心,内径为0.2m,外径为0.3m的1/4圆环面。
沿y-z平面镜像圆环面,再沿x-z平面镜像圆环面生成完整的圆环面。
并合并实体压缩实体编号。
图2.生成的几何模型
4)划分网格:
将坐标系由Cartesiancoordinates切换到Cylindricalcoordinate。
每个1/4圆环面,划分成如下图的4×20网格。
图3.网格划分
5)施加位移约束和面力载荷,如图。
图4.施加位移约束和面力载荷
6)对模型进行求解。
4.命令流代码
/FILNAME,PRESSUREWORK-LeiTingling!
定义文件名称
/PREP7!
进入前处理器
MP,EX,1,2E11!
定义弹性模量E=200GPa
MP,PRXY,1,0.26!
定义泊松比V=0.26
ET,1,PLANE82!
定义单元类型
KEYOPT,1,3,2!
设置单元关键字
CYL4,,,0.2,0,0.3,90!
生成圆环面,内径r=200mm,外径R=300mm,壁厚100mm
APLOT!
显示面
ARSYM,X,1!
沿X轴映射面
ARSYM,Y,1,2!
沿Y轴映射面
NUMMRG,ALL!
合并实体
NUMCMP,ALL!
压缩实体编号
/TITLE,GEOMETRICMODEL
APLOT
/PNUM,LINE,1!
显示线段编号
LPLOT!
显示线段
CSYS,1!
将坐标系装换成柱坐标系
LSEL,S,LOC,X,0.5!
选择线段
LESIZE,ALL,,,4!
设置线段的份数
ALLSEL!
选择所有实体
LSEL,U,LOC,X,0.5
LESIZE,ALL,,,20!
设置线段的份数
AMESH,ALL!
选择所有实体
ALLSEL
/TITLE,ELEMENTSINMODEL
EPLOT!
显示单元
FINISH
/SOLU!
进入求解器
ANTYPE,STATIC!
指定分析类型
LPLOT
LSEL,S,,,3,6,3!
选择线段
LSEL,A,,,10,12,2
NSLL,S,1!
选择线段上所有节点
SF,ALL,PRES,1E8!
施加压力载荷
LSEL,S,,,2,9,7
NSLL,S,1
D,ALL,UX!
施加位移约束
LSEL,S,,,4,7,3
NSLL,S,1
D,ALL,UY
ALLSEL
SOLVE!
开始求解
FINISH
/POST1!
进入后处理器
PLNSOL,U,SUM!
绘制位移等值线图
PLNSOL,S,X!
绘制X方向应力等值线图
PLNSOL,S,Y!
绘制y方向应力等值线图
PLNSOL,S,EQV!
绘制等效应力等值线图
FINISH
/EXIT,ALL!
退出ansys
5.计算结果
图5.合位移场
图6.X方向应力等值线图
图7.Y方向应力等值线图
图8.等效应力等值线图
6.结果分析
1)由图5、图8看出,管道内壁受压,应力及应变分布内壁最大,内部向外逐渐减小,外壁最小。
2)由6、图7看出,在X或Y方向应力分布最大在X(Y)径向方向,最小在Y(X)径向方向,在X、Y方向90度范围内逐渐过渡减小。
二、案例分析。
收集3~4篇成形过程有限元分析相关的学术论文,对选题进行讨论分析,并将计算结果与实验值或文献参考值进行比较讨论,形成研究报告(60分)
研究报告如下:
薄壁圆筒零件受径向集中载荷变形问题研究
1摘要:
薄壁圆筒类零件受集中载荷作用将产生复杂弹塑性变形。
本文采用有限元方法分薄壁圆筒类零件在径向集中载荷作用下变形过程,利用ANSYS计算了薄壁圆筒类零件在径向集中载荷作用下变形位移。
关键词:
薄壁圆筒;壳体;有限元法;
2引言:
随着汽车工业和机械工业装备的发展,薄壁圆筒类零件由于其质量轻、刚性好等优点,逐渐成为机械产品中的重要零部件,如汽车上传动轴、消排气部件等,其加工质量直接影响到机械产品的整体质量,加工工艺已受到充分重视。
薄壁圆筒类零件在加工以及工作过程中受径向集中载荷是较常见的一种受载方式如管件校直工艺过程等。
在此受载方式下薄壁圆筒类零件将产生复杂弹塑性变形。
与轴类零件和厚壁圆柱筒形零件变形不同薄壁圆筒类零件受载截面的变形较大并且伴随着不能忽略不计的截面扁化现象因此是影响产品质量的重要因素。
3计算模型,材料参数和边界条件
由于条件有限,使用与参考文献[1]相同的模型进行有限元分析,以利用参考文献[1]的实验测量的数据与Ansys计算结果进行误差分析。
如图9所示,假设两端受约束的薄壁圆筒类零件,在中间截面受到径向集中载荷F作用。
圆筒的厚度为4mm,其他尺寸如图所示。
泊松比V=0.3,弹性模量E=210GPa,受径向集中载荷F=2000N。
选择三维4节点壳体结构实体单元Shell143作为计算单元。
图9.薄壁圆筒类零件力学模型
根据对称性,选择圆筒的1/4建立几何模型,相应的载荷为原来的1/4,几何模型及网格划分如图10。
图10几何模型
4计算结果,误差分析
图10合位移等值线图
Ansys下的有限元计算,变形最大的位置为径向集中载荷受力点,最大变形量为0.0636mm,并有截面扁化现象。
测量点
项目
A
B
C
计算值
0.030mm
0.063mm
0.016mm
文献[1]计算值
0.025mm
0.062mm
0.0148mm
文献[2]实验值
0.024mm
0.185mm
0.040mm
表1计算数据和参考文献比较
计算值和参考文献[1]的计算值较为接近。
由于文献[1]没有提供相应的程序,本人采用的程序计算可能与参考文献[1]不同。
A测点的实测值和计算值符合得最好,但B点和C点实测值和计算值相差较大,原因是有限元计算中没有考虑截面加载点处的接触应力影响,而实际加载压头是一半径为120mm,壁厚为30mm的内凹圆弧形状,在压点处有较大接触应力,产生了较大误差。
但距压点较远的A点则接触应力影响较小,两者结果吻合。
在C点处,计算值没有考虑圆截面的整体变形,仅计算了C点处的变形。
而C点实验值包括整体变形效应,扣除整体变形0.025mm,这与计算值是比较吻合的。
由此可以发现,在不考虑接触应力影响的前提下,有限元结果和实际情况趋于一致。
5结论
采用Shell143壳体单元,运用ANSYS软件进行有限元分析计算,可以得到薄壁圆筒类零件受径向集中载荷作用后的变形值。
从总体上看实验结果和计算结果误差不大,表明该数值方法可用来分析有关薄壁圆筒类零件受径向集中载荷加工工艺问题。
6参考文献:
·
[1]李玉宝,翟华,柯尊忠.薄壁圆筒零件变形的有限元法研究[J].合肥工业大学学报(自然科学版).2005(02)
[2]杨增帅,袁玮,姚海兵.基于ANSYS的内压薄壁圆筒壁厚计算有限元研究[J].中国高新技术企业.2009(08)
[3]杨丹,赵章焰.薄壁圆筒结构有限元分析的三种加载方法[J].武汉理工大学学报(交通科学与工程版).2006(02)
7附录:
Ansys命令流文件。
/FILNAME,CYCLINDERLeiTingling!
定义文件名称
/TITLE,PINCHEDCYCLINDER
/PMETH,ON,0
KEYW,PR_SET,1
KEYW,PR_STRUC,1
/PREP7!
进入前处理器
ET,1,SHELL143!
定义单元类型shell143
R,1,4E-3!
设置单元实常数,厚度设置为4mm
MP,EX,1,2.1E11!
定义各向同性的线弹性模型,设置弹性模量EX=210GPa
MP,PRXY,1,0.3!
定义泊松比为0.3
CSYS,1!
将坐标系设置为柱坐标
K,1,0.035,-90,0!
创建关键点1
K,2,0.035,-90,0.25!
创建关键点2
/VIEW,1,1,1,1!
设置视图显示方向
/PNUM,KP,1!
显示关键点编号
KPLOT!
显示关键点
KGEN,2,1,2,1,,180!
生成关键点3,4
A,1,2,4,3!
由关键点生成面
/PNUM,LINE,1!
显示线段编号
LPLOT!
显示线段
LSEL,S,,,1,3,2!
选择线段
LESIZE,ALL,,,10!
设置10×16网格
LSEL,S,,,2,4,2
LESIZE,ALL,,,16
ALLSEL!
选择所有实体
AMESH,ALL!
对面进行网格划分
EPLOT!
显示单元
FINISH
/SOLU!
进入求解器
ANTYPE,STATIC!
指定分析类型
CSYS,0!
将坐标系转换成直角坐标系
NSEL,S,LOC,X,0!
选择节点
DSYM,SYMM,X,0!
施加对称位移约束
NSEL,S,LOC,Y,0!
选择节点
DSYM,SYMM,Y,0!
施加对称位移约束
NSEL,S,LOC,Z,0!
选择节点
DSYM,SYMM,Z,0!
施加对称位移约束
EPLOT
ALLSEL!
选择所有实体
FK,3,FY,-500!
施加集中力载荷
SOLVE!
开始求解计算
FINISH
/POST1!
进去POST1后处理器
SET,LAST!
读取最终的求解结果
PLDISP,1!
显示变形和未变形形状
PLNSOL,U,SUM!
绘制合位移等值线图
NSEL,S,LOC,Y,0.035!
选择节点B(0,0,0.035)
NSEL,R,LOC,Z,0
NSEL,R,LOC,X,0
PRNSOL,U,COMP!
列表显示节点B位移
NSEL,S,LOC,Y,0!
选择节点A(0.035,0,0)
NSEL,R,LOC,Z,0
NSEL,R,LOC,X,0.035
PRNSOL,U,COMP!
列表显示节点A位移
NSEL,S,LOC,Y,-0.035!
选择节点C(0,-0.035,0)
NSEL,R,LOC,Z,0
NSEL,R,LOC,X,0
PRNSOL,U,COMP!
列表显示节点位移C
FINISH
/EXIT,ALL!
退出ansys
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 圆形 液压 受压 有限元分析