Статический анализ корпуса задвижки (Раздаточные материалы)

СТАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ КОРПУСА ЗАДВИЖКИ

Автор:

• Белобородов А.В. mailto:anatol@pisem.net

Наименования продуктов ANSYS, в которых данный пример может быть выполнен:

• ANSYS/Multiphysics (при наличии ANSYS Connection for SAT)

• ANSYS/Mechanical (при наличии ANSYS Connection for SAT)

• ANSYS/Structural (при наличии ANSYS Connection for SAT)

• ANSYS/University (при наличии ANSYS Connection for SAT)

Дисциплина:

Прочность

Тип анализа:

Линейный статический

Демонстрируемые возможности:

• Импорт трехмерной геометрической модели, построенной в CAD-системе, через формат SAT

• Автоматическая генерация сетки

• Приложение нагрузок и условий симметрии к геометрической модели

• Расчет напряжений и деформаций

• Визуализации результатов в постпроцессоре с использованием симметрии

• Создание входного файла на языке APDL

Уровень пользователя:

Начинающий

Предполагаемое время выполнения:

45-60 минут.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Рисунок 1. Геометрическая модель

Корпус задвижки жестко закреплен по отверстиям магистральных фланцев. Внутренние полости корпуса нагружены давлением 21 МПа. Для расчета используется геометрическая модель, созданная в SolidWorks. Геометрическая модель представлена на рисунке 1, свойства материала корпуса приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Физико-механические свойства материала

Примечание: Геометрическая модель представляет собой четверть корпуса задвижки, поскольку он симметричен относительно плоскостей XY и YZ.

ПОШАГОВОЕ ОПИСАНИЕ РЕШЕНИЯ

1. Импортирование геометрической модели

Рисунок 2. Окно импорта геометрической модели

Utility Menu > File > Import > SAT…

В открывшемся диалоговом окне (Рисунок 2) в списке "Drivers" выберите логический диск, а в списке "Directories" путь к каталогу в котором находится файл с геометрией. В поле "File Name" введите имя файла – valve.SAT или выберите его в списке. Нажмите ОК.

2. Построение конечноэлементной модели

2.1. Определение типа элемента

Рисунок 3. Выбор типа элемента

Main Menu > Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete

В открывшемся окне "Element Type" нажмите Add… и в появившейся библиотеке элементов выберите Structural > Solid > Tet 10node 92 (Рисунок 3). Нажмите OK.

Закройте окно "Element Type" нажав Close.

2.2. Задание свойств материала

Рисунок 4. Задание свойств материала

Main Menu > Preprocessor > Materials Props > Material Models

В окне "Define Material Model Behavior" выберите Structural > Linear > Elastic > Isotropic и в открывшемся диалоговом окне (Рисунок 4) введите свойства материала согласно таблице 1. Нажмите ОК. После этого окно "Define Material Model Behavior" можно закрыть.

2.3. Дискретизация модели

Рисунок 5. Задание параметров автоматической генерации сетки

2.3.1. Задание параметров автоматической генерации конечноэлементной сетки

Main Menu > Preprocessor > Meshing > Size Cntrls > SmartSize > Basic

В диалоговом окне выберите уровень дискретизации (по степени точности): 6 (default). Нажмите ОК.

2.3.2. Генерация конечноэлементной сетки

Main Menu > Preprocessor > Meshing > Mesh > Volumes > Free

Укажите мышкой импортированный объем или введите его номер (объем 1) в окне выбора, показанном на рисунке 6, после чего нажмите ОК. Результат построения конечноэлементной сетки представлен на рисунке 7.

Примечание: Для получения более точных результатов и сокращения времени расчета рекомендуется построение регулярной конечноэлементной сетки, что находится за рамками рассматриваемого примера.

Рисунок 6. Окно выбора при дискретизации модели

Рисунок 7. Конечноэлементная модель корпуса задвижки

2.4. Приложение нагрузок к геометрической модели

Рисунок 8. Окно выбора при задании условий симметрии

2.4.2. Задание условий симметрий на плоскостях XY и YZ

Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Displacement > Symmetry B.C. > On Areas

Укажите мышкой поверхности, лежащие на плоскостях XY и YZ, или введите их номера (поверхности 6, 7, 26, 68 и 77) в окне выбора, показанном на рисунке 8, после чего нажмите ОК.

Примечание: Задание условий симметрии на поверхности равносильно запрещению перемещений по нормали к ней.

Рисунок 9. Задание перемещений на поверхностях

Рисунок 10. Задание давления на поверхностях

2.4.2. Задание перемещений

Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Displacement > On Areas

Укажите мышкой внутренние поверхности отверстий в магистральном фланце или введите их номера (поверхности 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61 и 62) в окне выбора, после чего нажмите ОК. В открывшемся окне (Рисунок 9) выберите ALL DOF и нажмите ОК.

2.4.2. Приложение давления

Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Pressure > On Areas

Укажите мышкой внутренние поверхности корпуса или введите их номера (поверхности 2, 5, 8, 10, 11, 14, 16, 25, 29, 33, 36, 37, 40, 43, 45, 48 и 75) в окне выбора, после чего нажмите ОК. В открывшемся окне (Рисунок 10) введите в поле VALUE Load PRES value значение давления 21 МПа и нажмите ОК, оставив остальные поля без изменений.

3. Запуск решения

Рисунок 11. Подтверждение запуска решения

Рисунок 12. Решение завершено

Main Menu > Solution > Solve > Current LS

При запуске решения ANSYS выдает окно статуса, в котором приводит краткую характеристику задачи. Также выводится диалоговое окно (Рисунок 11) для подтверждения запуска решения. Нажмите ОК.

После завершения решения будет выведено окно с сообщением "Solution is done!" (рисунок 12). Нажмите Close. Закройте окно статуса.

4. Просмотр результатов

4.1. Задание симметричного расширения модели

Рисунок 13. Диалоговое окно симметричного расширения модели

Utility Menu > PlotCtrls > Styles > Symmetry Expansion > Periodic/Cyclic Symmetry

В открывшемся диалоговом окне (Рисунок 13) выберите интересующее нас расширение геометрии – Reflect about YZ для получения модели половины корпуса. Нажмите ОК.

Примечание: Для отмены расширения геометрии выберите пункт No Expansion

4.2. Просмотр напряжений

Рисунок 14. Диалоговое окно вывода результатов

Рисунок 15. Поле распределения эквивалентных

(по Мизесу) напряжений

Main Menu > General Postproc > Plot Results > Contour Plot > Nodal Solu

В открывшемся диалоговом окне (Рисунок 14) выберите тип интересующего нас результата – Stress и его обозначение – von Mises SEQV (эквивалентные напряжения по Мизесу). Нажмите ОК.

Результат отображения поля эквивалентных напряжений в корпусе задвижки с расширением модели относительно плоскости симметрии YZ представлен на рисунке 15.

Примечания:

1. Группа переключателей KUND Items to be plotted управляет способом отображения результата:

• Def shape only – только деформированное состояние модели;

• Def + undeformed – деформированное и недеформированное состояния модели;

• Def + undef edge – деформированное состояние модели и недеформированный контур.

1. Группа переключателей /EFACET Interpolation Nodes управляет способом интерполяции решения

5. Сохранение данных

Рисунок 16. Сохранение данных

Utility Menu > File > Save as

В открывшемся диалоговом окне (Рисунок 16) в списке "Drivers" выберите логический диск, а в списке "Directories" путь к каталогу, в котором вы хотите сохранить данные. В поле "Save Database To" введите имя файла – example_2.db. Нажмите ОК.

6. Выход из ANSYS

Рисунок 17. Выход из программы

Utility Menu > File > Exit

В открывшемся диалоговом окне (Рисунок 17) установите переключатель на позицию Quit – No Save! (выход без сохранения данных) и нажмите OK.