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筒体径向开孔分析法与有限元法的比较

12已有 425 次阅读  2014-03-10 21:20   标签分析法  有限元 
     最近学习了GB150的筒体径向开孔分析法,并用此法对一个筒体大开孔进行了计算。结构图见图1,计算书如下。而后利用有限元应力分析法对此结构进行计算,命令流附上。两种方法的计算结果大不相同。
分析法计算书:

开孔补强计算

计算单位

 

接管大开孔, φ1750×75

计算方法: GB150-2011分析法

              

         

计算压力 pc

3.1

MPa

设计温度

280

筒体材料名称

Q345R

筒体材料类型

板材

筒体内直径 Di

2100

mm

筒体开孔处名义厚度δn

40

mm

筒体厚度负偏差 C1

0.3

mm

筒体腐蚀裕量 C2

3

mm

筒体材料许用应力[σ]t

138.6

MPa

接管材料名称

Q345R

接管材料类型

板材

接管实际外伸长度

370

mm

接管厚度负偏差 C1t

0.3

mm

接管腐蚀裕量C2t

3

mm

接管材料许用应力[σ]t

128.6

MPa

                                                 

筒体中面直径D=Di+δe+2Cs

 2143.30

mm

接管中面直径d=do-δet

1678.30

mm

筒体有效厚度δe=δn- C1 -C2

 36.70

mm

接管有效厚度δet =δnt-C1t -C2t

71.70

mm

筒体计算厚度δ =

pD

 

 23.97

mm

接管计算厚度δt=

pd

 

20.23

mm

2[σ]t

2[σ]t

筒体厚度校核结论

 合格

 

接管厚度校核结论

合格

 

筒体补强最小长度l

 289.8

mm

接管补强最小长度lt

362.3

mm

开孔率ρ=d/D

 0.783

 

接管补强长度校核结论

合格

 

参数δet /δe

 1.954

 

参数λ =d/(Dδe)0.5

5.984

 

等效薄膜应力集中系数Km

 2.861

 

等效总应力集中系数K

2.991

 

等效薄膜应力S=Km

pD

 

 258.97

MPa

等效总应力S=K

pD

 

270.79

MPa

2δe

2δe

等效薄膜应力许用值

 282.92

MPa

等效总应力许用值

334.36

MPa

等效薄膜应力校核结论

 合格

 

等效总应力校核结论

合格

 

结论: 合格

有限元法命令流:
FINISH  
/CLEAR  
/FILN,2014
/TITLE,REINFORCEMENT
*AFUN,DEG                           ! 设定角度单位
*SET,DO1,2180                       ! 筒体外径
*SET,L1,2100                        ! 筒体长度
*SET,T1,36.7                        ! 筒体厚度
*SET,Di1,DO1-2*T1                   ! 筒体内径
*SET,DO2,1750                       ! 接管外径
*SET,L2,370                         ! 接管长度
*SET,T2,71.7                        ! 接管厚度
*SET,Di2,DO2-2*T2                   ! 接管内径
*SET,GAP,2                          ! 间隙
*SET,H,50                           ! 焊缝高度
*SET,W,50                           ! 焊缝宽度
*SET,P,3.1                          ! 施加内压值
*SET,R,19                           ! 倒角半径
*SET,E,2.1E5                        ! 材料的弹性模量
*SET,NU,0.3                         ! 材料的泊松比
p1=-p*di1**2/(do1**2-di1**2)  !筒体端面力
p2=-p*di2**2/(do2**2-di2**2)  !接管端面力
/PREP7  
!定义单元及材料属性
ET,1,45                             ! 实体单元
MP,EX,1,E                           ! 筒体材料弹性模量
MP,NUXY,1,NU                        ! 筒体材料泊松比
!创建筒体与接管模型
CYLIND,DO1/2-T1,DO1/2,,L1,,90       ! 创建1/4筒体   
WPROTA,0,-90                        ! 将工作平面旋转-90度  
CYLIND,DO2/2-T2,DO2/2,,DO1/2+L2,,-90! 创建接管  
CYLIND,,DO2/2+GAP,,DO1/2+L2,,-90    ! 创建间隙
CYLIND,,DO2/2+GAP+W,,DO1/2+L2,,-90  ! 创建焊缝宽度
BOPT,NUMB,OFF   
VOVLAP,ALL                          ! 叠加体
VDELE,5,9,1,1
VDELE,10,13,1,1                     ! 删除多余的体,求得相贯线
WPSTYL,DEFA                         ! 恢复工作平面    
VEXT,43,,,0,H,0,,,,                 ! 拉伸面,构成接管
WPROTA,0,-90                        ! 将工作平面旋转-90度
CYLIND,DO2/2-T2,DO2/2,,DO1/2+L2,,-90! 创建接管 
VSBA,2,1
VDELE,3,,,1
ASKIN,75,96
VSBA,16,8
ASKIN,9,96
AL,15,19,90,97
AL,11,18,91,98
VA,7,14,15,16,58,63
! 创建接管倒角
AFILLT,27,39,R                           ! 在接管底部两个面创建倒角面
VSBA,14,22                               ! 用倒角面切分接管
VDELE,6, , ,1                            ! 删除多余的实体
NUMMRG,ALL                               ! 对所有实体信息进行压缩
NUMCMP,ALL                               ! 对所有实体信息进行重排序
!划分网格
ALLSEL
ESIZE,15                                  ! 设定网格单元大小
MSHAPE,0,3D                               ! 设定单元形状
TYPE,1
MAT,1                                     ! 激活材料3
VSEL,S,,,3,7,2                            ! 选中焊料
VSWEEP,ALL                                ! 划分焊缝
ALLSEL
ESIZE,20                                  ! 设定网格单元大小
VSEL,S,,,1,4,3,1                          ! 选中接管
VSEL,A,,,6
TYPE,1
MAT,1                                     ! 激活材料2
VSWEEP,ALL                                ! 划分接管
ALLSEL
ESIZE,20                                  ! 设定网格单元大小
VSEL,S,,,2,8,6                            ! 选中筒体
TYPE,1
MAT,1                                     ! 激活材料1
VSWEEP,ALL                                ! 划分筒体
ALLSEL          
NUMMRG,ALL                                ! 合并各元素
NUMCMP,ALL                                ! 重新编号
! *********求解*********
/SOLU
Asel,s,loc,x,0
Da,all,symm                          ! 施加对称约束
Allsel
Asel,s,loc,z,0
Da,all,symm                          ! 施加对称约束
Allsel
Asel,s,loc,y,0
Da,all,symm                          ! 施加对称约束
Allsel
Asel,s,,,4,39,35
Asel,a,,,17,19,2
Asel,a,,,22,23,1
Asel,a,,,27,28,1
Sfa,all,,pres,P                      ! 施加内压
Allsel                  
Asel,s,loc,y,DO1/2+L2
Sfa,all,,pres,P2                     ! 施加接管端面力
Allsel
Asel,s,loc,z,L1
Sfa,all,,pres,P1                     ! 施加筒体端面力
Allsel                               ! 全选
SOLVE                                ! 计算
FINISH                               ! 退出模块
! *********后处理*********
/POST1
PLNSOL,S,INT,0,1                     ! 应力强度云图 
/DSCALE,,1.0                         ! 显示真实的变形  
/REPLOT                              ! 重新显示图形 

图1 结构图

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发表评论 评论 (7 个评论)

  • ylhmao 2014-03-11 08:09
    赞赏楼主的研究精神。用公司的SW6核实了一下,楼主分析法计算应该没有错误。不知道有限元法的结果是什么,没装ANSYS。。。
  • 365724661 2014-03-11 08:22
    请教下学习命令流如何下手,有没有相关的参考书? 帮助文件全英文看起来还是有点费劲
  • 365724661 2014-03-11 12:53
    创建间隙?这是为何?
    分析法的前提是焊缝全焊透,保证补强结构整体性
    150释义中也有大量有限元的结果对比,应该不会有太大出入的
  • lingxiangwei 2014-03-11 19:31
    365724661: 创建间隙?这是为何?
    分析法的前提是焊缝全焊透,保证补强结构整体性
    150释义中也有大量有限元的结果对比,应该不会有太大出入的
    这个创建间隙只是为了更好地把焊缝结构体现出来,对结果没影响
  • zzu340 2014-03-12 11:12
    前两天也用GB150和化工强度计算设计了几个圆平盖加筋的结构,用abaqus算了一下,发现满足GB150的最小尺寸的结构应力要偏大。
  • lingxiangwei 2014-03-12 20:09
    zzu340: 前两天也用GB150和化工强度计算设计了几个圆平盖加筋的结构,用abaqus算了一下,发现满足GB150的最小尺寸的结构应力要偏大。
    最终放余量了?
  • zzu340 2014-03-13 10:37
    lingxiangwei: 最终放余量了?
    放余量?我做的是弹性分析,没有考虑钢板的厚度负偏差和腐蚀余量。满足GB150的最小结构尺寸的筋板应力超过了3倍的许用应力,而化工的就没有。我还在考虑我计算的精确性。
涂鸦板


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