有 限 元 分 析 作 业
作业名称
姓 名 xxx
学 号
班 级 xxx
输气管道有限元建模分析
xxx
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题目描述：
输气管道的有限元建模与分析
计算分析模型如图1所示
承受内压：1.0e8 Pa R1=0.3 R2=0.5
管道材料参数：弹性模量E=200Gpa；泊松比v=0.26。
图1受均匀内压的输气管道计算分析模型（截面图）
题目分析：
由于管道沿长度方向的尺寸远远大于管道的直径，在计算过程中忽略管道的断面效应，认为在其方向上无应变产生。然后根据结构的对称性，只要分析其中1/4即可。此外，需注
意分析过程中的单位统一。
操作步骤
1.定义工作文件名和工作标题
1.定义工作文件名。执行Utility Menu-File→Chang Jobname-3070611062，单击OK按钮。
2.定义工作标题。执行Utility Menu-File→Change Tile-chentengfei3070611062，单击OK按钮。
3.更改目录。执行Utility Menu-File→ change the working directory –D/chen 2.定义单元类型和材料属性 1. 设置计算类型
ANSYS Main Menu: Preferences →select Structural → OK
2
2.选择单元类型。执行ANSYS Main Menu→Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add →select Solid Quad 8node 82 →apply Add/Edit/Delete →Add →select Solid Brick 8node 185 →OK
Options… →select K3: Plane strain →OK→Close如图2所示，选择OK接受单元类型并关闭对话框。
图2
3.设置材料属性。执行Main Menu→Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic，在EX框中输入2e11，在PRXY框中输入0.26，如图3所示，选择OK并关闭对话框。
图3
3.创建几何模型
1. 选择ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →In Active CS →依次输入四个点的坐标：input:1(0.3,0),2(0.5,0),3(0,0.5),4(0,0.3) →OK
3
2. 生成管道截面。
ANSYS 命令菜单栏: Work Plane>Change Active CS to>Global Spherical →ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Lines →In Active Coord →依次连接1,2,3,4点→OK 如图4
图4
Preprocessor →Modeling →Create →Areas →Arbitrary →By Lines →依次拾取四条边→OK →ANSYS 命令菜单栏: Work Plane>Change Active CS to>Global Cartesian 如图5
图5
3.拉伸成3维实体模型
Preprocessor →Modeling→operate→areas→along normal输入2，如图6所示
4
图6
4.生成有限元网格
Preprocessor →Meshing →Mesh Tool→Volumes Mesh→Tet→Free,.采用自由网格划分单元。执行Main Menu-Preprocessor-Meshing-Mesh-Volume-Free，弹出一个拾取框，拾取实体，单击OK按钮。生成的网格如图7所示。
图7
5.施加载荷并求解
1.施加约束条件。执行Main Menu-Solution-Apply-Structural-Displacement-On Areas，弹出一个拾取框，拾取前平面，单击OK按钮，弹出如图8所示的对话框，选择“UY”
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选项，单击OK按钮。
图8
同理，执行Main Menu-Solution-Apply-Structural-Displacement-On Areas，弹出一个拾取框，拾取左平面，单击OK按钮，弹出如图8所示的对话框，选择“UX”选项，单击OK按钮。
2.施加载荷。执行Main Menu-Solution-Apply-Structural-Pressure-On Areas，弹出一个拾取框，拾取内表面，单击OK按钮，弹出如图10所示对话框，如图所示输入数据1e8，单击OK按钮。如图9所示。生成结构如图10
图9
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图10
3.求解。
执行Main Menu-Solution-Solve-Current LS，弹出一个提示框。浏览后执行file-close，单击OK按钮开始求解运算。出现一个【Solution is done】对话框是单击close按钮完成求解运算。 6.显示结果
1.显示变形形状。执行Main Menu-General Posproc-Plot Results-Deformed Shape，弹出如图11所示的对话框。选择“Def+underformed”单选按钮，单击OK按钮。生成结果如图12所示。
图11
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图12
2.列出节点的结果。执行Main Menu-General Posproc-List Results-Nodal Solution，弹出如图13所示的对话框。设置好后点击OK按钮。生成如图14所示的结果
图13
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图14
3.浏览节点上的Von Mises应力值。执行Main Menu-General Posproc-Plot Results-Contour Plot-Nodal Solu，弹出如图15所示对话框。设置好后单击OK按钮，生成结果如图16所示。
图15
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图16
7.以扩展方式显示计算结果
1.设置扩展模式。执行Utility Menu-Plotctrls-Style-Symmetry Expansion，弹出如图17所示对话框。选中“1/4 Dihedral Sym”单选按钮，单击OK按钮，生成结果如图18所示。
图17
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图18
2.以等值线方式显示。执行Utility Menu-Plotctrls-Device Options，弹出如图19所示对话框，生成结果如图20所示。
图19
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图20
结果分析
通过图18可以看出，在分析过程中的最大变形量为418E-03m，最大的应力为994E+08Pa,最小应力为257E+09Pa。应力在内表面比较大，所以在生产中应加强内表面材料的强度。
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