承壓容器畢業(yè)設計--高壓電器筒體法蘭螺栓連接對筒體強度影響分析

1、<p><b>　　緒論</b></p><p>　　1.1 承壓容器的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢</p><p>　　承壓容器是以流程性材料(氣體、液體、粉粒體等)的壓力為基本載荷、應用廣泛且有潛在泄漏和爆炸危險的特種設備,如鍋爐、壓力容器(含氣瓶)、壓力管道等。承壓設備是石油化工、天然氣化工和煤化工等過程工業(yè)的關(guān)鍵設備。沒有安全可靠的承壓設備,就不可能有先進的過程工

2、業(yè)。此外,一些高新技術(shù)領(lǐng)域,如航空航天技術(shù)、能源技術(shù)、先進防御技術(shù)等,也離不開承壓設備。因此,開展承壓設備研究對國家安全、經(jīng)濟發(fā)展、人民生命財產(chǎn)安全和社會穩(wěn)定都具有重要意義。 </p><p>　　隨著科學技術(shù)的飛速發(fā)展，壓力容器的發(fā)展也出現(xiàn)了新的發(fā)展趨勢。</p><p><b>　　大型化</b></p><p>　　與小

3、型承壓設備相比,大型承壓設備不但生產(chǎn)效率高,而且具有制造成本低、占地面積小、運行和維修費用低等優(yōu)點。大型承壓設備的投資大,介質(zhì)的儲存量大,一旦發(fā)生泄漏、爆炸等事故,會造成人員傷亡、重大經(jīng)濟損失和嚴重的環(huán)境污染,因此要求確保大型承壓設備長周期、長壽命地安全可靠運行。</p><p>　　在高新技術(shù)中的應用越來越廣</p><p>　　信息技術(shù)、生物和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)、新材料、先進制造與自動化技術(shù)

4、、能源技術(shù)和資源環(huán)境技術(shù)是國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)確定的6個高技術(shù)領(lǐng)域。這些研究領(lǐng)域大都與承壓設備學科有著緊密的關(guān)系?，F(xiàn)以氫能和超臨界流體技術(shù)為例加</p><p><b>　　標準全球化</b></p><p>　　為使承壓設備安全可靠地運行,承壓設備設計、制造、檢驗必須滿足安全技術(shù)規(guī)范的要求。為促進承壓設備在歐盟范圍內(nèi)的自由貿(mào)易,消除貿(mào)易技術(shù)壁壘,盡可

5、能在最廣泛的工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)實施統(tǒng)一的技術(shù)法規(guī)，在相互標準認可的基礎(chǔ)上,實現(xiàn)承壓設備產(chǎn)品的全球自由貿(mào)易。</p><p>　　防止突發(fā)爆炸事故對承壓設備提出更高的要求</p><p>　　近年來,刑事犯罪呈現(xiàn)出動態(tài)化、組織化、職業(yè)化和智能化的發(fā)展趨勢。為了防止突發(fā)性爆炸事故，給壓力容器的設計制造提出了新的要求。</p><p>　　安全可靠性要求越來越高</p>

6、;<p>　　承壓設備大多數(shù)是大型化連續(xù)生產(chǎn),停產(chǎn)會造成巨大經(jīng)濟損失。此外,承壓設備的服役條件千差萬別,有高溫、低溫、深冷;有超高壓、高壓、中壓、低壓和真空等;有強酸、強堿、劇毒、易燃和易爆介質(zhì),因而一旦發(fā)生泄漏或爆炸事故,不僅造成經(jīng)濟損失,而且會造成嚴重的環(huán)境污染。</p><p>　　1.2承壓容器螺栓連接的質(zhì)量要求</p><p>　　承壓容器與其它金屬構(gòu)件常采用螺栓連

7、接,由于材料擠壓強度不同,結(jié)構(gòu)在承受較大載荷時,連接部位螺孔處的材料會發(fā)生擠壓破壞,是該結(jié)構(gòu)的主要破壞模式。</p><p>　　評價螺栓連接質(zhì)量在制造業(yè)中是很重要的問題，大多數(shù)企業(yè)都在裝配工序后利用指示式扭矩扳手以抽檢的方式對相關(guān)的螺紋副進行擰緊扭矩測試，以評價螺栓連接的質(zhì)量，其間出現(xiàn)各種各樣的情況是很正常的現(xiàn)象，但前提是執(zhí)行的方法必須正確，這是處理問題、解決問題的基礎(chǔ)。</p><p>

8、;　　在這類螺紋副聯(lián)接中，擰緊扭矩、螺栓的軸向預緊力及扭矩系數(shù)三者之間相互關(guān)聯(lián)此消彼長。摩擦系數(shù)的減小導致了扭矩系數(shù)變小，在擰緊扭矩保持不變的情況下，必然將引起螺栓軸向預緊力的增大。連接螺栓的斷裂是因作用在其上的拉力——軸向預緊力過大，超出了材料抗拉的強度造成的。</p><p>　　若把摩擦系數(shù)視為常數(shù)，對于一個確定的螺栓軸向預緊力，它與擰緊力矩在理論上呈線性關(guān)系，但當軸向預緊力超過屈服點之后，隨著擰緊力的增大

9、，預緊力的增量將減少，甚至出現(xiàn)下降，因此，螺栓軸向預緊力與擰緊力之間的關(guān)系只有在螺栓預緊進入屈服狀態(tài)之前才是線性的。</p><p>　　事實上，在采用扭矩法這一擰緊工藝時，考慮到扭矩控制精度、摩擦系數(shù)散差、緊固件機械性能波動和制造精度等影響因素，螺栓軸向預緊力的最大值通常只設計在其屈服極限的70%以下，也就是說，螺栓連接是工作在材料的彈性區(qū)域內(nèi)，因此，替代試驗的對比測試值并不能說明扭矩法工況下擰緊力矩與螺栓軸向

10、預緊力間的真實比例關(guān)系，但還是指出了明確的趨勢，而且提供了一種修正裝配工藝后直截地評價改進效果的方法，以便于企業(yè)實施。</p><p>　　要用實驗方法測出真實狀態(tài)下的摩擦系數(shù)值或螺栓受到的軸向拉力數(shù)值，在一般企業(yè)中不太可能，另外由于螺栓連接處在傳遞載荷、連接件的形態(tài)和邊界條件等方面都比較復雜，用解析方法求解是難以勝任的,需要采用數(shù)值方法特別是可用有限元法來求解。</p><p>　　本文

11、以高壓電器筒體的法蘭螺栓連接為研究對象,應用ANSYS有限元軟件分別建立了高壓電器筒體和法蘭與螺栓連接的有限元模型,在高壓電器筒體最高使用壓力及螺栓預緊力等載荷條件下對螺栓連接的結(jié)構(gòu)強度進行數(shù)值模擬,給出了數(shù)值計算結(jié)果并對結(jié)果進行了分析,并在此條件下對高壓電器筒體進行了疲勞分析。</p><p>　　1.3 ANSYS軟件介紹</p><p>　　ANSYS公司的ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、熱

12、、流體、電磁、聲學于一體的大型通用有限元分析軟件，可廣泛應用于核工業(yè)、鐵道、石油化工、航空航天、機械制造、能源、汽車交通、國防軍工、電子、土木工程、造船、生物醫(yī)學、輕工、地礦、水利、日用家電等一般工業(yè)及科學研究。該軟件提供了一個不斷改進的功能清單，具體包括:結(jié)構(gòu)高度非線性分析、電磁分析、計算流體動力分析設計優(yōu)化、接觸分析、自適應網(wǎng)格劃分、大應變、有限轉(zhuǎn)動功能以及利用ANSYS參數(shù)設計語言(APDL)的擴展宏命令功能?；贛otif的菜單

13、系統(tǒng)使用戶能夠通過對話框、下拉式菜單和子菜單進行數(shù)據(jù)輸入和功能選擇，方便用戶操作。在產(chǎn)品設計中，用戶可以使用ANSYS有限元軟件對產(chǎn)品性能進行仿真分析，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品問題，降低設計成本，縮短設計周期，提高設計的成功率。它是現(xiàn)代產(chǎn)品設計中高級的CAD/CAE軟件之一。</p><p>　　ANSYS有限元分析軟件具有強大的功能，其主要的技術(shù)特點為:唯一能實現(xiàn)多場及多場禍合分析的軟件;唯一實現(xiàn)前后處理、求解及多場分析統(tǒng)一數(shù)

14、據(jù)庫的一體化大型FEA分析軟件;唯一具有多物理場優(yōu)化功能的FEA軟件;唯一具有中文界面的大型通用有限元分析軟件;具有強大的非線性分析功能;具有使用于不同的問題和硬件配置的多種求解器;支持異種異構(gòu)功能網(wǎng)絡浮動，在異種、異構(gòu)平臺上支持界面統(tǒng)一，數(shù)據(jù)文件通用;強大的并行計算功能，支持分布式并行和共享內(nèi)存式并行;多種用戶網(wǎng)格劃分技術(shù);完善的用戶開發(fā)環(huán)境同時，ANSYS軟件擁有豐富和完善的單元庫、材料模型庫和求解器，保證了它能高效地求解各類結(jié)構(gòu)的

15、靜力、動力、振動、線性和非有限元法、ANSYS及其二次開發(fā)技術(shù)遼寧工學院碩士論文線性問題，穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)熱分析及熱一結(jié)構(gòu)藕荷問題，壓縮和不可壓縮的流體問題。其友好的圖形界面和程序結(jié)構(gòu)，交互式的前后處理和圖形軟件，大大地減輕了用戶在實際工程問題中創(chuàng)建模型、有限元求解以及結(jié)果分析和評價的工作量。它的統(tǒng)一集中式的數(shù)據(jù)庫保證了各模塊之間的有效可靠的集成，并實現(xiàn)了與多個CAD/CAF軟件的友好連接。</p><p>　　1.4

16、 ANSYS疲勞分析</p><p>　　企業(yè)的產(chǎn)品投放市場后，如果在耐久性方面出現(xiàn)問題將會造成許多新產(chǎn)品失去競爭力，給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟損失，同時又使企業(yè)形象蒙受巨大的負面影響。在中國，由于疲勞耐久性與可靠性不過關(guān)造成的產(chǎn)品問題更是普遍存在，是國產(chǎn)產(chǎn)品缺乏國際競爭力的最重要因素之一。國際上，每年因結(jié)構(gòu)疲勞的原因，大量產(chǎn)品在其有效壽命期內(nèi)報廢，由于疲勞破壞而造成的惡性事故也時有出現(xiàn)。據(jù)統(tǒng)計，歐洲每年早期斷裂造成的

17、損失達800億歐元，而美國每年早期斷裂造成的損失達1190億美元，其中95%是由于疲勞引起的斷裂。而通過應用疲勞耐久性分析技術(shù)，其中的50%是可以避免的，因此許多企業(yè)將疲勞耐久性定為產(chǎn)品質(zhì)量控制的重要指標。</p><p>　　在傳統(tǒng)的設計過程中，設計人員在概念或詳細設計階段通常使用簡單而不真實的計算來估計產(chǎn)品的壽命，而對這些估計壽命的驗證通常是通過一定量物理樣機的耐久試驗得到，不但試驗周期長、耗資巨大，而且許多

18、相關(guān)參數(shù)與失效的定量關(guān)系也不可能在試驗中得出，試驗結(jié)論還可能受許多偶然因素的影響。因此對于產(chǎn)品疲勞壽命的仿真分析方法越來越受到產(chǎn)品設計人員的關(guān)注。</p><p>　　可在物理樣機制造之前用ANSYS進行疲勞分析和優(yōu)化設計，真實地預測產(chǎn)品的壽命，實現(xiàn)等壽命周期設計。設計階段的耐久性分析可以顯著縮短產(chǎn)品推向市場的時間、提高產(chǎn)品可靠性，極大地降低制造物理樣機和進行耐久性試驗所帶來的巨額研發(fā)費用。</p>

19、<p>　　本文應用ANSYS對有限元模型進行了疲勞分析，得出了高壓電器筒體的疲勞使用系數(shù)。</p><p>　　1.5選題背景和意義</p><p>　　筒體法蘭是筒體系統(tǒng)連接中的關(guān)鍵部件，它對于筒體的安全有著重要的意義。筒體法蘭在實際工作過程中要承受彎曲、扭轉(zhuǎn)組合變形，同時由于高壓筒體工作受力為對稱循環(huán)，因此高壓筒體進行工況下的受力分析及建模，對于結(jié)構(gòu)的合理設計具有指導意義

20、。</p><p>　　1.6設計的主要工作</p><p>　　1.建立有限元分析模型；</p><p>　　為了滿足工程師快捷的解決復雜工程問題，ANSYS 開發(fā)了與CAD軟件(如PRO/ENGINEER、UG、SOLIDWORKS、AutoCAD)的數(shù)據(jù)接口，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)交換。用戶可以將用CAD完成的三維零件直接導入到ANSYS中進行網(wǎng)格劃分并進行分析計算。&l

21、t;/p><p>　　高壓電器筒體模型是一個中等復雜程度的模型，在構(gòu)造其三維實體模型時，會產(chǎn)生許多曲面造型，這就產(chǎn)生一個問題：用CAD軟件（本人用的是PRO/ENGINEER和SOLIDWORKS）建立的三維模型在導入ANSYS時總是產(chǎn)生問題，無法顯示或?qū)е履Ｐ蜔o法劃分網(wǎng)格。而解決方法也比較復雜。ANSYS軟件本身也提供了強大的建模功能，通過GUI操作，可以方便的交互式訪問程序的各種功能和命令，雖然在構(gòu)建圓弧面部分比

22、較復雜，但模型建立后，可以直接進行后續(xù)操作，不會產(chǎn)生網(wǎng)格無法劃分等問題。所以我采用直接用ANSYS建立模型。</p><p>　　2.進行有限元模型的靜態(tài)分析</p><p>　　在模型建立完成后，可以進行高壓電器筒體的靜態(tài)分析。</p><p>　?。?）選擇單元類型、定義材料屬性</p><p>　?。?）合理設定模型網(wǎng)格</p&g

23、t;<p>　?。?）給模型添加約束</p><p>　　（4）施加載荷并求解</p><p>　?。?）查看結(jié)果并得出結(jié)論</p><p>　　3.進行有限元模型的疲勞分析</p><p>　　疲勞分析是在模型進行有限元靜態(tài)分析之后進行的。該高壓電器筒體受循環(huán)載荷的影響，進行疲勞分析可以得出其疲勞使用系數(shù)。</p>

24、<p><b>　　2.前期計算</b></p><p><b>　　2.1預緊力的計算</b></p><p>　　絕大多數(shù)螺紋在裝配時都必須擰緊，使連接在承受工作載荷之前，預先受到力的作用。這個預加的作用力稱為預緊力。</p><p>　　預緊的目的在于增強連接的可靠性和緊密性，以防止連接件出現(xiàn)縫隙或發(fā)生

25、相對滑移。經(jīng)驗表明：適當選用較大的預緊力對螺栓連接的可靠性及連接件的疲勞強度都是有利的，特別對于像氣缸蓋、管路凸緣、齒輪箱、軸承蓋等緊密性要求較高的螺栓連接，預緊尤為重要。但過大的預緊力會導致整個連接的結(jié)構(gòu)尺寸增大，也會使連接件在裝配或偶然過載時被拉斷。因此，為了保證連接所需要的預緊力，又不使螺紋連接件過載，對重要的螺紋連接，在裝配時要控制預緊力。</p><p>　　通常規(guī)定：擰緊后螺紋連接件在預緊力作用下產(chǎn)生

26、的預緊應力不得超過其材料屈服極限的80%。對于一般連接用的鋼制螺栓連接預緊力Fo,推薦按下列關(guān)系確定：</p><p>　　碳素鋼螺栓 Fo(0.6~0.7) Ai</p><p>　　合金鋼螺栓 Fo(0.5~0.6) Ai</p><p>　　式中：——螺栓材料的屈服極限；</p><p>

27、　　Ai——螺栓危險截面的面積，Ai</p><p>　　預緊力的具體數(shù)值應根據(jù)載荷性質(zhì)、連接剛度等具體工作條件確定。對于重要的或有特殊要求的螺栓連接，預緊力的數(shù)值應在裝配圖上作為技術(shù)條件注明，以便在裝配時加以保證。受變載荷的螺栓連接的預緊力應比受靜載荷的大些。</p><p>　　本設計中筒體端部法蘭螺栓連接處螺栓選用碳素鋼螺栓。</p><p>　　屈服極限=2

28、70Mpa</p><p>　　螺栓截面尺寸Ai==0.0000785㎡</p><p>　　則螺栓預緊力Fo(0.6~0.7) Ai=0.6=12717N</p><p>　　取螺栓預緊力Fo=12000N</p><p><b>　　3.模型創(chuàng)建</b></p><p>　　3.1高壓電器筒體

29、圖示及設計要求</p><p><b>　　圖3-1主視圖 </b></p><p><b>　　圖3-2左視圖</b></p><p>　　技術(shù)要求：容量： 0.37m³，</p><p>　　材料 20鋼</p><p>　　額定

30、壓力： 0.50Mpa</p><p>　　最高使用壓力：0.65Mpa</p><p>　　水壓試驗壓力：0.98Mpa</p><p>　　氣密試驗壓力：0.65Mpa</p><p>　　3.2建立有限元分析模型</p><p>　　3.2.1模型和模型描述</p><p>　　該高

31、壓電器筒體所用材料的彈性模量為2.1E11，泊松比為0.3</p><p>　　該筒體尺寸（內(nèi)徑和外徑）已經(jīng)確定。由于三通連接處內(nèi)外均為圓弧過渡，過渡圓弧面不同，筒體承壓能力也不同，因此需要設計筒體圓弧過渡面。</p><p>　　筒體尺寸如圖1、圖2所示（詳見附圖1）, 先假設筒體連接處外圓弧半徑為0.04m，內(nèi)壁過渡圓弧半徑為0.06m,筒體所受內(nèi)壓為最高使用壓力0.65Mpa。<

32、;/p><p>　　如圖所示此模型可簡化為對稱模型，即取筒體的1/2。這樣可以大大簡化計算量，縮短計算時間。</p><p><b>　　3.2.2操作過程</b></p><p>　　此模型的建立和求解過程比較復雜，可以分為下面幾個步驟：</p><p>　　(1)定義單元及材料屬性；</p><p&g

33、t;　　(2)建立兩個垂直相交的等徑圓筒；</p><p>　　(3) 剖分、刪除多余筒體，保留1/4筒體，建立過渡圓弧面；</p><p>　　(4) 鏡像所得1/4筒體，初步得到整個筒體；</p><p>　　(5) 建立筒體端面法蘭，并建立法蘭螺栓孔；</p><p>　　(6) 在模型上創(chuàng)建吸附法蘭，配管接頭及接地座；</p&g

34、t;<p>　　(7) 剖分，取該模型的1/2；</p><p>　　(8) 在主筒體剖分面上建立螺栓模型；</p><p><b>　　(9) 網(wǎng)格化模型</b></p><p>　?。?0）進行內(nèi)壓受力分析和螺栓預緊力分析；</p><p>　　(11) 進行筒體疲勞分析。</p><

35、;p>　　3.2.3進入ANSYS圖形交互界面</p><p>　　啟動ANSYS程序，Change job name為Step1。單擊OK進入ANSYS圖形交互界面。</p><p>　　3.2.4設置解題類型</p><p>　　單擊ANSYS Main Menu中的Preference，選中Structure復選框，單擊OK按鈕。</p>

36、<p>　　3.2.5添加單元類型</p><p>　　依次單擊Main Menu→Preprocessor→Element→Add/Edit/Delete,彈出對話框。</p><p>　　單擊Add按鈕，彈出Library of Element Types對話框。選擇Solid選項、Brick 8node 45（磚形8節(jié)點單元，在單元庫中編號為45）選項，如圖2-3所示：&l

37、t;/p><p>　　圖3-3 添加單元類型</p><p>　　單擊OK按鈕，并單擊Close按鈕，完成單元類型的添加。</p><p>　　3.2.6添加材料屬性</p><p>　　依次單擊Preprocessor→Material Props→Material Model, 彈出Define Material Model Behavio

38、r對話框。在對話框右面的列表框中，依次雙擊Structural→Linear→Elastic→Isotropic,輸入彈性模量2.1e11，泊松比0.3。依次雙擊對話框右側(cè)Structural→Thermal Expansion→Secant Coefficient→Isotropic, 在ALPX輸入框內(nèi)輸入1.3e-5單擊OK按鈕，單擊Material 中的Exit命令退出。 </p><p>　　圖3-4添

39、加材料屬性</p><p><b>　　3.2.7實體建模</b></p><p>　　3.2.7.1創(chuàng)建筒體</p><p>　　依次點擊Preprocessor→Modeling→Creat→Volumes→Cylinder→By Dimensions,彈出如下圖2-5所示對話框：</p><p><b>

40、　　圖3-5</b></p><p>　　輸入如圖所示數(shù)值，單擊ＯＫ退出。</p><p>　　在ANSYS Command Prompt中輸入命令：local，11，0，0，0，0.485及</p><p>　　Wpcsys,-1，（創(chuàng)建局部坐標系并將工作平面平移至剛創(chuàng)建的局部坐標系之上）。將工作坐標系的Z軸繞Y軸逆時針旋轉(zhuǎn)90°，使Z軸方向

41、與主筒體方向平行。</p><p><b>　　圖3-6</b></p><p><b>　　圖3-7</b></p><p>　　依次點擊Preprocessor→Modeling→Creat→Volumes→Cylinder→By Dimensions,彈出如下圖2-7所示對話框：</p><p&g

42、t;<b>　　圖3-8</b></p><p>　　步驟2：建立兩個垂直相交的等徑圓筒完成</p><p>　　3.2.7.2創(chuàng)建過渡圓弧面</p><p>　　1.依次單擊Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Divide→Volume By Workplane,在彈出的對話框中單擊Pick All。

43、第一次剖分完成。</p><p>　　2.將工作坐標系Z軸繞X軸負方向旋轉(zhuǎn)90°。然后重復第一次剖分的過程。</p><p>　?。ㄓ捎谠贏NSYS中用工作面剖分體只能用XY平面，所以才進行坐標軸的旋轉(zhuǎn)）</p><p>　　3.依次單擊Preprocessor→Modeling→Delete→Volume and Below，彈出選擇對話框。</p

44、><p>　　在Graphics Window中選擇要刪除的實體，單擊OK按鈕。此時屏幕上的模型如圖2-9所示：</p><p><b>　　圖3-9</b></p><p>　　4.將主筒體剩余部分剖分成兩部分</p><p>　　單擊PlotCtrl菜單中的Numbering命令，打開Keypoint numbers和L

45、ine numbers按鈕，彈出如圖所示對話框，單擊OK完成設置。</p><p>　　單擊Plot菜單中的Lines命令，應用視圖控制面板放大Graphics Windows中顯示模型，調(diào)整模型顯示。</p><p><b>　　圖3-10</b></p><p>　　依次單擊Preprocessor→Modeling→Creat→Areas

46、→Arbitrary→Through Keypoints，彈出關(guān)鍵點選擇對話框，在Graphics Window中依次選擇關(guān)鍵點28，29，12，13，單擊OK完成設置。</p><p><b>　　圖3-11</b></p><p>　　依次單擊Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Divide→Volume by area,

47、彈出對話框，單擊V2（或輸入2，按Enter鍵），單擊Apply 按鈕，再單擊選擇剛生成的面（或輸入1，按Enter鍵），單擊OK，完成主筒體剩余部分的剖分。查看Output Window，可以發(fā)現(xiàn)剖分后新產(chǎn)生的體的編號為3、4.此時模型如圖2-12所示。</p><p><b>　　圖3-12</b></p><p><b>　　5.刪除體保留面</

48、b></p><p>　　依次單擊Preprocessor→Modeling→Delete→Volumes Only。在Graphics Windows中選擇1和4（或輸入“1，4”按Enter鍵），單擊OK完成刪除體操作。</p><p><b>　　6.刪除多余面</b></p><p>　　單擊PlotCtrl菜單中的Numberi

49、ng命令，打開Line numbers和Areas numbers按鈕。</p><p>　　刪除主、支筒體外表面相交的多余面</p><p>　　依次單擊Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Overlap→Areas，彈出選擇對話框。在屏幕上選擇A8和A18，單擊OK按鈕，完成Overlap操作。此時觀察Output Windows，可以發(fā)現(xiàn)經(jīng)過

50、Overlap操作原來的兩個面生成4個新面，新面的編號為5，6，10，13。Graphics Windows中兩個可視外表面編號為13和10。所以Overlap后多余的面為5，6。接下來刪除這兩個多余的面。</p><p>　　依次單擊Preprocessor→Modeling→Delete→Area and Below,彈出選擇對話框。由于我們已知多余面的編號為5和6，即可直接輸入兩個面得編號“5，6”，按En

51、ter鍵。單擊OK按鈕，完成刪除操作。</p><p>　　刪除主、支筒體內(nèi)表面相交的多余面</p><p>　　依次單擊Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Overlap→Areas，彈出選擇對話框。在屏幕上選擇A9和A20，單擊OK按鈕，完成Overlap操作。此時觀察Output Windows，可以發(fā)現(xiàn)經(jīng)過Overlap操作原來的兩個面生成

52、4個新面，新面的編號為5，6，8，18。Graphics Windows中兩個可視外表面編號為8和18。所以Overlap后多余的面為5和6。接下來刪除這兩個多余的面。</p><p>　　依次單擊Preprocessor→Modeling→Delete→Area and Below,彈出選擇對話框。由于我們已知多余面的編號為5和6，即可直接輸入兩個面得編號“5，6”，按Enter鍵。單擊Apply按鈕，完成刪除

53、操作。</p><p>　　再輸入編號“3，4，12，21” 按Enter鍵。單擊OK按鈕，完成刪除操作。</p><p>　　經(jīng)過以上操作，模型顯示如圖2-13所示：</p><p><b>　　圖3-13</b></p><p><b>　　7.做過渡圓弧面</b></p><

54、;p>　　做主、支筒體外表面的過渡圓弧面</p><p>　　依次單擊Preprocessor→Modeling→Creat→Areas→Area Fillet，彈出選擇對話框。在Graphics Windows中單擊A13和A10面。單擊OK按鈕，彈出Area Fillet對話框，如圖所示：</p><p><b>　　圖3-14</b></p>

55、<p>　　做主、支筒體內(nèi)表面的過渡圓弧面</p><p>　　依次單擊Preprocessor→Modeling→Creat→Areas→Area Fillet，彈出選擇對話框。在Graphics Windows中單擊A8和A18面。單擊OK按鈕，彈出Area Fillet對話框，如圖所示：</p><p><b>　　圖3-15</b></p&g

56、t;<p>　　查看Output Window，可發(fā)現(xiàn)外表面新產(chǎn)生的3個面編號分別為：6、9、10。內(nèi)表面新產(chǎn)生的3個面編號分別為3、4、5。</p><p><b>　　做補充面</b></p><p>　　首先做用于連接面的線。依次單擊Preprocessor→Modeling→Creat→Lines→Lines→Straight Line，彈出選擇

57、對話框，在Graphics Window中依次選擇關(guān)鍵點25、26；27、28，單擊OK完成設置。</p><p>　　依次單擊Preprocessor→Modeling→Creat→Areas→Arbitrary→ By Lines，彈出選擇對話框，輸入“8，33，34，25”，單擊Apply完成設置，輸入“9，38，41，25”，單擊Apply完成設置，輸入“6，7，8，9”， 輸入“29，37，35，8”，

58、單擊Apply完成設置，輸入“9，44，42，14”，單擊OK完成設置。</p><p>　　經(jīng)過以上操作，所得圓弧面如圖所示：</p><p><b>　　圖3-16</b></p><p><b>　　用面圍成體</b></p><p>　　依次單擊Preprocessor→Modeling→C

59、reat→Volumes→Arbitrary→ By Areas，彈出選擇對話框，輸入“1，3，6，8，18，19”，單擊Apply完成設置，再輸入“4，8，9，12，13”，單擊Apply完成設置，再次輸入“2，5，710，12，20”，單擊OK完成設置。</p><p>　　在Utility Menu中點擊Plot→Volumes，然后單擊PlotCtrl菜單中的Numbering命令，打開Volumes按鈕

60、。</p><p>　　經(jīng)過以上操作，所得模型如圖所示：</p><p>　　依次單擊Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Add→Volumes，彈出選擇對話框,選擇Pick All。將4個體合為一個體。</p><p>　　依次單擊Preprocessor→Numbering Ctrls→Compress Numbers，

61、在彈出的對話框中Lable Item to be compressed選項中選擇[All]，單擊按鈕關(guān)閉對話框。</p><p><b>　　圖3-17</b></p><p>　　3.2.7.3創(chuàng)建完整筒體模型</p><p>　　依次單擊Preprocessor→Modeling→Reflect→Volumes，選擇Pick All，如下圖

62、2-18所示</p><p><b>　　圖3-18</b></p><p><b>　　單擊OK完成設置。</b></p><p><b>　　圖3-19</b></p><p>　　依次單擊Preprocessor→Modeling→Reflect→Volumes，選擇Pi

63、ck All，如下圖所示：</p><p>　　依次單擊Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Add→Volumes，彈出選擇對話框,選擇Pick All。</p><p>　　依次單擊Preprocessor→Numbering Ctrls→Compress Numbers，在彈出的對話框中的Lable Item to be compressed選

64、項中選擇[All]，所得模型如圖所示：</p><p><b>　　圖3-20</b></p><p>　　將工作坐標系的Z軸繞X軸逆時針旋轉(zhuǎn)90°，使Z軸方向與主筒體方向平行。</p><p><b>　　圖3-21</b></p><p>　　依次點擊Preprocessor→Mode

65、ling→Creat→Volumes→Cylinder→By Dimensions,彈出如下圖所示對話框：</p><p>　　依次單擊Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Subtract→Volumes，彈出選擇對話框,選擇V1，點擊OK按鈕，彈出第二個對話框，選擇V2，點擊OK按鈕，完成減操作。</p><p>　　3.2.7.4創(chuàng)建筒體端面法

66、蘭及螺栓孔</p><p><b>　　圖3-22</b></p><p>　　依次點擊Preprocessor→Modeling→Creat→Volumes→Cylinder→By Dimensions，彈出如下對話框：</p><p><b>　　圖3-23</b></p><p>　　單擊[A

67、pply]完成設置。彈出如下圖2-24所示對話框：</p><p><b>　　圖3-24</b></p><p>　　單擊OK按鈕。完成設置。</p><p>　　依次單擊Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Add→Volumes，彈出選擇對話框,選擇Pick All。</p><

68、p>　　依次單擊Preprocessor→Numbering Ctrls→Compress Numbers，在彈出的對話框中的Lable Item to be compressed選項中選擇[All]。</p><p>　　單擊UtilityMenu→Workplane→Offset WP by Increments,彈出工作平面控制面板，將Degrees滾動條拉至90°，且繞Y軸負方向旋轉(zhuǎn)一次。

69、</p><p>　　依次點擊Preprocessor→Modeling→Creat→Volumes→Cylinder→By Dimensions，彈出如下圖2-25所示對話框：</p><p><b>　　圖3-25</b></p><p>　　輸入圖示數(shù)據(jù)并點擊OK按鈕，完成設置。</p><p>　　依次單擊Pre

70、processor→Modeling→Operate→Booleans→Add→Volumes，彈出選擇對話框,選擇Pick All。</p><p><b>　　圖3-26</b></p><p>　　依次單擊Preprocessor→Numbering Ctrls→Compress Numbers，在彈出的對話框中的Lable Item to be compres

71、sed選項中選擇[All]。</p><p>　　在ANSYS Command Prompt中輸入命令：local，11，0，0.6，0.335，0.485單擊Enter鍵后輸入Wpcsys,-1，（創(chuàng)建局部坐標系并將工作平面平移至剛創(chuàng)建的局部坐標系之上）。將工作坐標系的Z軸繞Y軸逆時針旋轉(zhuǎn)90°，使Z軸方向與主筒體方向平行。</p><p>　　依次點擊Preprocessor

72、→Modeling→Creat→Volumes→Cylinder→By Dimensions, 彈出如下對話框：</p><p><b>　　圖3-27</b></p><p>　　在ANSYS Command Prompt中輸入命令：local，12，1，0，0，0.485，0，0，90，即此局部坐標系編號12，將此圓柱坐標系平移至（0，0，0.485）點，同時坐標

73、系繞Y軸正方向旋轉(zhuǎn)90°。</p><p><b>　　圖3-28</b></p><p>　　依次點擊Preprocessor→Modeling→Copy→Volumes,彈出對話框，選擇剛創(chuàng)建的小圓柱，點擊OK后，彈出如圖2-28所示對話框：</p><p>　　依次單擊Preprocessor→Modeling→Operate→

74、Booleans→Subtract→Volumes，彈出選擇對話框,選擇主筒體,點擊Apply后，選擇復制出來的所有小圓柱，單擊OK完成設置。</p><p>　　依次點擊Preprocessor→Modeling→Creat→Volumes→Cylinder→By Dimensions, 彈出如下圖2-29所示對話框：</p><p><b>　　圖3-29</b>

75、</p><p>　　依次點擊Preprocessor→Modeling→Copy→Volumes,彈出對話框，選擇剛創(chuàng)建的小圓柱，點擊OK后，彈出如圖——所示對話框。單擊OK完成設置。</p><p>　　依次單擊Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Subtract→Volumes，彈出選擇對話框,選擇主筒體,點擊Apply后，選擇復制出來的所有

76、小圓柱，單擊OK完成設置。</p><p>　　在ANSYS Command Prompt中輸入命令：local，11，0，0，0.335，0單擊Enter鍵后輸入Wpcsys,-1，（創(chuàng)建局部坐標系并將工作平面平移至剛創(chuàng)建的局部坐標系之上）。</p><p>　　依次點擊Preprocessor→Modeling→Creat→Volumes→Cylinder→By Dimensions,

77、 彈出如下對話框，</p><p>　　輸入如圖2-30所示內(nèi)容，單擊[ＯＫ]按鈕完成設置。</p><p><b>　　圖3-30</b></p><p>　　在ANSYS Command Prompt中輸入命令：local，12，1，0，0，0(創(chuàng)建圓柱坐標系并平移至原點)。</p><p>　　依次點擊Prepro

78、cessor→Modeling→Copy→Volumes,彈出對話框，選擇剛創(chuàng)建的小圓柱，點擊OK后，彈出如圖——所示對話框。單擊OK完成設置。</p><p><b>　　圖3-31</b></p><p>　　依次單擊Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Subtract→Volumes，彈出選擇對話框,選擇筒體,點擊App

79、ly后，選擇復制出來的所有小圓柱，單擊OK完成設置，如圖2-31所示。</p><p>　　3.2.7.5創(chuàng)建吸附法蘭，配管接頭及接地座</p><p><b>　　1.創(chuàng)建吸附法蘭E</b></p><p>　　在ANSYS Command Prompt中輸入命令：local，11，0，0.25，0，0.485單擊Enter鍵后輸入Wpcsy

80、s,-1，（創(chuàng)建局部坐標系并將工作平面平移至剛創(chuàng)建的局部坐標系之上）。</p><p>　　依次點擊Preprocessor→Modeling→Creat→Volumes→Cylinder→By Dimensions, 彈出如下對話框，</p><p><b>　　圖3-32</b></p><p>　　依次單擊Preprocessor→Mod

81、eling→Operate→Booleans→Partition→Volumes,彈出選擇對話框，選擇V1和V18，點擊OK。</p><p>　　依次單擊Preprocessor→Modeling→Delete→Volume And Below,彈出對話框，選擇V3和V5，點擊OK完成。</p><p>　　依次單擊Preprocessor→Modeling→Operate→Boolea

82、ns→Add→Volumes，彈出選擇對話框,選擇Pick All。</p><p>　　2. 創(chuàng)建吸附法蘭F</p><p>　　在ANSYS Command Prompt中輸入命令：local，11，0，-0.305，0，0.485單擊Enter鍵后輸入Wpcsys,-1，（創(chuàng)建局部坐標系并將工作平面平移至剛創(chuàng)建的局部坐標系之上）。</p><p>　　依次點擊

83、Preprocessor→Modeling→Creat→Volumes→Cylinder→By Dimensions, 彈出如下對話框，</p><p><b>　　圖3-33</b></p><p>　　依次單擊Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Partition→Volumes,彈出選擇對話框，選擇V1和V2，點擊OK。

84、</p><p>　　依次單擊Preprocessor→Modeling→Delete→Volume And Below,彈出對話框，選擇V3和V5，點擊OK完成。</p><p>　　依次單擊Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Add→Volumes，彈出選擇對話框,選擇Pick All。</p><p><b>

85、;　　3.創(chuàng)建配管接頭</b></p><p>　　在ANSYS Command Prompt中輸入命令：local，11，0，0.25，0，0.485單擊Enter鍵后輸入Wpcsys,-1，（創(chuàng)建局部坐標系并將工作平面平移至剛創(chuàng)建的局部坐標系之上）。</p><p>　　單擊UtilityMenu→Workplane→Offset WP by Increments,彈出工作

86、平面控制面板，將Degrees滾動條拉至90°，且繞X軸負方向旋轉(zhuǎn)一次。</p><p>　　依次點擊Preprocessor→Modeling→Creat→Volumes→Cylinder→By Dimensions, 彈出如圖----所示對話框，</p><p>　　單擊[Apply]，輸入如圖2-34所示數(shù)據(jù)，單擊[OK]按鈕，完成設置。</p><p&

87、gt;<b>　　圖3-34</b></p><p><b>　　圖3-35</b></p><p>　　依次單擊Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Add→Volumes,彈出選擇對話框，選擇V1和V3，點擊[OK]，完成設置。</p><p>　　依次單擊Preprocesso

88、r→Modeling→Operate→Booleans→Partition→Volumes,彈出選擇對話框，選擇V1和V2，點擊OK。</p><p>　　依次單擊Preprocessor→Modeling→Delete→Volume And Below,彈出對話框，選擇V1和V5，點擊OK完成。</p><p>　　依次單擊Preprocessor→Modeling→Operate→Bo

89、oleans→Add→Volumes，彈出選擇對話框,選擇Pick All。</p><p><b>　　做反向配管接頭</b></p><p>　　依次點擊Preprocessor→Modeling→Creat→Volumes→Cylinder→By Dimensions, 彈出如圖2-36所示對話框，</p><p><b>　　

90、圖3-36</b></p><p>　　單擊[Apply]，輸入如圖----所示數(shù)據(jù)，單擊[OK]按鈕，完成設置。</p><p><b>　　圖3-37</b></p><p>　　依次單擊Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Add→Volumes,彈出選擇對話框，選擇V1和V3，點擊[O

91、K]，完成設置。</p><p>　　依次單擊Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Partition→Volumes,彈出選擇對話框，選擇V1和V2，點擊OK。</p><p>　　依次單擊Preprocessor→Modeling→Delete→Volume And Below,彈出對話框，選擇V1和V5，點擊OK完成。</p>&

92、lt;p>　　依次單擊Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Add→Volumes，彈出選擇對話框,選擇Pick All。</p><p><b>　　4.創(chuàng)建接地坐</b></p><p>　　在ANSYS Command Prompt中輸入命令：local，11，0，0.4，0，0.485單擊Enter鍵后輸入Wpcs

93、ys,-1，（創(chuàng)建局部坐標系并將工作平面平移至剛創(chuàng)建的局部坐標系之上）</p><p>　　單擊UtilityMenu→Workplane→Offset WP by Increments,彈出工作平面控制面板，將Degrees滾動條拉至40°，且繞X軸負方向旋轉(zhuǎn)一次。</p><p>　　依次點擊Preprocessor→Modeling→Creat→Volumes→Block→

94、By Dimensions, 彈出如圖2-38所示對話框：</p><p><b>　　圖3-38</b></p><p>　　依次單擊Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Partition→Volumes,彈出選擇對話框，選擇V1和V2，點擊OK。</p><p>　　依次單擊Preprocessor

95、→Modeling→Delete→Volume And Below,彈出對話框，選擇V3，點擊OK完成。</p><p>　　依次單擊Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Add→Volumes，彈出選擇對話框,選擇Pick All。</p><p>　　依次點擊Preprocessor→Modeling→Creat→Volumes→Block→By

96、 Dimensions, 彈出如圖----所示對話框。單擊ＯＫ完成設置。</p><p>　　依次單擊Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Partition→Volumes,彈出選擇對話框，選擇V1和V2，點擊OK。</p><p>　　依次單擊Preprocessor→Modeling→Delete→Volume And Below,彈出對話框，

97、選擇V3，點擊OK完成。</p><p>　　依次單擊Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Add→Volumes，彈出選擇對話框,選擇Pick All。</p><p><b>　　圖3-39</b></p><p>　　經(jīng)過以上操作，該高壓電器筒體的完整模型創(chuàng)建完畢。如下圖2-40所示：</p&

98、gt;<p>　　圖3-40：整體模型</p><p>　　對于比較復雜的模型，建模完成后，通常要檢查模型是否完美。該高壓電器筒體包含多個曲面、孔和弧面，局部細節(jié)的不收斂可能造成模型無法網(wǎng)格化，進而不能進行后續(xù)操作。因此模型在完全建立后，先進行整體模型的網(wǎng)格化，以檢查此模型是否完美。</p><p>　　依次單擊Preprocessor→Meshing→Volumes→Fre

99、e,彈出對話框，選擇Pick All。計算完成后，模型網(wǎng)格化完成后如圖2-41所示。</p><p>　　圖3-41：網(wǎng)格化模型</p><p>　　3.2.7.6對整體模型進行剖分，取模型的1/2進行后續(xù)操作</p><p>　　在ANSYS Command Prompt中輸入命令：local，11，0，0，0，0.485單擊Enter鍵后輸入Wpcsys,-1，

100、（創(chuàng)建局部坐標系并將工作平面平移至剛創(chuàng)建的局部坐標系之上）</p><p>　　單擊UtilityMenu→Workplane→Offset WP by Increments,彈出工作平面控制面板，將Degrees滾動條拉至90°，且繞X軸負方向旋轉(zhuǎn)一次。</p><p>　　依次單擊Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Divide→Vo

101、lume By Workplane,在彈出的對話框中單擊Pick All。</p><p>　　依次單擊Preprocessor→Modeling→Delete→Volume And Below,彈出對話框，選擇V3，點擊OK完成。</p><p>　　所得半模型如下圖2-42所示：</p><p>　　圖3-42：1/2模型</p><p>

102、;　　3.2.7.7在主筒體剖分面上建立螺栓模型</p><p><b>　　1.定義單元類型</b></p><p>　　依次單擊Main Menu→Preprocessor→Element→Add/Edit/Delete,彈出對話框。</p><p>　　單擊Add按鈕，彈出Library of Element Types對話框。選擇Sol

103、id→Tet10node選項，如圖2-43所示：</p><p><b>　　圖3-43</b></p><p><b>　　2.添加材料屬性</b></p><p>　　依次單擊Preprocessor→Material Props→Material Model, 彈出Define Material Model Beha

104、vior對話框。點擊對話框左上角的Material→New Model,彈出對話框如下：</p><p><b>　　圖3-44</b></p><p>　　單擊OK按鈕完成操作。</p><p>　　在對話框右面的列表框中，依次雙擊Structural→Linear→Elastic→Isotropic,輸入彈性模量2.0e11，泊松比0.33

105、8。 </p><p>　　依次雙擊對話框右側(cè)Structural→Thermal Expansion→Secant Coefficient→Isotropic, 在ALPX輸入框內(nèi)輸入8.4e-6,如下圖2-45所示：</p><p><b>　　圖3-45</b></p><p>　　點擊對話框左上角的Material→Exit，退出對話框

106、。</p><p>　　依次單擊Preprocessor→Loads→Define Loads→Settings→Reference Temp,彈出如下圖2-46所示對話框：</p><p><b>　　圖3-46</b></p><p>　　輸入圖示數(shù)據(jù)，點擊OK完成設置。</p><p><b>　　3建立

107、螺栓組模型</b></p><p>　　在ANSYS Command Prompt中輸入命令：local，11，0，-0.72，0，0.82單擊Enter鍵后輸入Wpcsys,-1，（創(chuàng)建局部坐標系并將工作平面平移至剛創(chuàng)建的局部坐標系之上）</p><p>　　單擊UtilityMenu→Workplane→Offset WP by Increments,彈出工作平面控制面板，

108、將Degrees滾動條拉至90°，且繞Y軸負方向旋轉(zhuǎn)一次。</p><p><b>　　創(chuàng)建螺栓下頭</b></p><p>　　依次點擊Preprocessor→Modeling→Creat→Volumes→Cylinder→By Dimensions, 彈出如圖2-47所示對話框：</p><p><b>　　圖3-47

109、</b></p><p><b>　　創(chuàng)建螺柱</b></p><p>　　點擊[Apply]，在彈出的對話框中輸入圖2-48所示數(shù)據(jù)，</p><p><b>　　圖3-48</b></p><p><b>　　創(chuàng)建墊片</b></p><p&

110、gt;　　點擊[Apply]，在彈出的對話框中輸入圖2-49所示數(shù)據(jù)，</p><p><b>　　圖3-49</b></p><p><b>　　創(chuàng)建螺栓上頭</b></p><p>　　點擊[Apply]，在彈出的對話框中輸入圖2-50所示數(shù)據(jù)，</p><p><b>　　圖3-50

111、</b></p><p>　　經(jīng)過以上操作，螺栓模型已經(jīng)完全創(chuàng)建。如下圖2-51所示：</p><p>　　圖3-51：螺栓組模型</p><p>　　依次單擊Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Glue→Volumes,在彈出的對話框中單擊Pick All。</p><p>　　依次單擊

112、Preprocessor→Numbering Ctrls→Compress Numbers，在彈出的對話框中的Lable Item to be compressed選項中選擇[All]。</p><p>　　4對模型進行靜態(tài)有限元分析</p><p><b>　　4.1網(wǎng)格化模型</b></p><p>　　依次單擊Main Menu→Prep

113、rocessor→Meshing→Meshtool,彈出對話框，選擇Pick All。計算完成后，模型網(wǎng)格化完成后如圖3-1所示。</p><p><b>　　圖4-1</b></p><p>　　點擊[Set]后，出現(xiàn)如圖3-2所示對話框：</p><p><b>　　圖4-2</b></p><p&

114、gt;　　完成圖示設置后，點擊OK按鈕。</p><p>　　點擊[Mesh]按鈕，在彈出的選擇對話框中選中V3和V5，點擊OK，對V3和V5進行網(wǎng)格化。</p><p>　　依次單擊Utility Menu→Plot→Volumes,在輸出框中顯示實體。</p><p>　　重復圖—所示設置，點擊[Set]后，出現(xiàn)如圖3-3所示對話框：</p>&l