有限元、優(yōu)化與可靠性分析的實例應(yīng)用

1、有限元分析的實例應(yīng)用實例：運用ANSYS有限元分析方法分析一個天燃氣管道管壁的應(yīng)力、應(yīng)變場分布及管壁變形情況。具體設(shè)計設(shè)計步驟：1、建立計算模型：由于管道長度方向的尺寸遠大于管道直徑，在計算過程中忽略管道的管口效應(yīng)，認為在其長度方向無應(yīng)變產(chǎn)生，即可將問題簡化為平面應(yīng)變問題，選擇管道橫截面建立幾何模型求解。管道受力如左圖所示。將管壁內(nèi)外徑數(shù)據(jù)與材料彈性模量及泊松比輸入計算機中。2、結(jié)構(gòu)離散化及進行單元網(wǎng)格劃分：由于結(jié)構(gòu)比較簡單，受力情況單

2、一且具有對稱性，故直接進行單元網(wǎng)格劃分，略去進行疏密相間處理與二次計算的過程。由于沒有集中力的作用點，徑向力平均分布與周向。先進行幾何建模，使用極坐標表示，將管壁橫截面等分成四份，如圖21所示。接下來，進行具體的網(wǎng)格劃分：先將徑向的四條線段進行四等分，再將已經(jīng)四等分的圓弧線，每條圓弧等分成二十等分，得到最終的網(wǎng)格劃分結(jié)果，如圖22所示。圖21幾何模型圖22網(wǎng)格劃分3、邊界條件處理：在加載器中設(shè)置節(jié)點處的壓力載荷與位移約束，再對當(dāng)前設(shè)置的

3、情況進行求解，求解出最終結(jié)果后，運用計算機強大的后處理能力，將結(jié)果用列表方式或者用圖形表示方式直觀的展現(xiàn)出來，可以得到管壁位移場等值線圖、x方向應(yīng)力等值線圖、y方向應(yīng)力等值線圖、等效應(yīng)力云圖與圓管變形前后截面對比的直觀表示圖?？煽啃栽O(shè)計的實例應(yīng)用實例：對一個拉桿，所承受的拉力P~N(μPσP)，使用45號鋼，設(shè)計其截面尺寸。具體設(shè)計設(shè)計步驟：1、選定可靠度R=0.999；2、計算零件發(fā)生強度破壞的概率F=1R=10.999=0.0013

4、、由F值查表，取z值后，得zR=z4、查表確定零件強度的分布參數(shù)μPσP，在未給定有無統(tǒng)計的情況下可用近似計算式計算；5、列出應(yīng)力S的表達式：S=PA=Pπr2查表得到μA、σA和σr的公式，計算σA、σr和μS的值。6、計算工作應(yīng)力σS；(均用帶有μr的函數(shù)式表示)7、將應(yīng)力、強度、zR均帶入聯(lián)結(jié)方程zR=(μδμS)(σδ2σS2)12；求解出μr的值(有兩個值，需要代回聯(lián)結(jié)方程，進行檢驗，排除一個)。8、與常規(guī)設(shè)計作分析、比較與檢