安徽工程大学,薄壁圆筒有限元分析
安徽工业大学有限元大作业
安徽工业大学ANSYS及其应用考核大作业姓名：宋井科学院：机械工程学院学号：１４９０５４０８５指导老师：于秀娟成绩：ANSYS 及其应用考核大作业学号：149054085 姓名：宋井科1、按图1尺寸建立轴承座的装配模型，具体尺寸参考讲义第9章内容（因结构和载荷的对称性，只建立了一半模型），一半模型中在轴两端作用垂直向下的载荷P 1，轴向载荷124.0P P =，各螺栓预紧力12P T =。
1P 取值：（学号最后3位数字）⨯10N ，小于1000N 时再加上1000N ，各摩擦因数1.0=μ（若轴承座和垫板有相对滑动，造成计算不收敛，可将摩擦因数加大并说明摩擦因数大小）。
要求：（1） 为何采用Ansys 计算此结构；（2） 建模过程。
简单叙述；（3） 网格划分。
请尽量采用六面体网格划分，简单叙述，列出分割后的实体图和网格图，并说明单元和节点数；（4） 加载过程（注意一半模型的载荷为整体模型的1/2）。
详细叙述加载部位和加载过程；（5） 计算结果与分析。
列出米塞斯等效应力、第一主应力和变形图，并进行强度分析，若结构需加强，如何改进？（6） 学习体会；（7） 每人必须自己完成，若数据和结果相同按不及格处理。
一、 原始数据1. 模型尺寸2.载荷大小解：因轴向载荷124.0P P =，各螺栓预紧力12P T =。
1P 取值：（学号最后3位数字）⨯10N ，小于1000N 时再加上1000N ，各摩擦因数1.0=μ（若轴承座和垫板有相对滑动，造成计算不收敛，可将摩擦因数加大并说明摩擦因数大小）。
我的学号后三位为085，所以1P =85*10+1000=1850N ；P2 = 0.4*1850=740N 12P T ==1850*2=3700N 。
基于ANSYS的轴承座的有限元分析摘要：本文利用ANSYS14.0对轴承座的强度进行有限元分析。
通过三维实体建模，设置单元类型，设置材料参数，网格划分控制，施加载荷约束建立轴承座的有限元模型，然后对轴承座进行求解，得出应力，位移分布图和变形图，继而对其进行强度分析，找出结构最易破坏的地方。
安徽工程大学多杆扭力梁有限元分析
弹塑性力学及有限元法题目：分析下图多杆扭力梁在转矩M作用下应力和应变(载荷大小自己选择)。
图7 多杆扭力梁说明：本次有限元分析采用Ansys12.0版本的经典模式进行，实体建模采用Pro/e 4.0进行。
1 建立三维实体模型Ansys将模型分为实体模型和有限元模型两大类。
实体模型由关键点、面和体组成，用于直接描述所求问题的几何特性。
是对所构建实体进行分析和改进的基础，模型建立的越精确，相应的计算结果也会越精确。
本次建模采用Pro/e4.0软件进行，如下图：图1 三维模型（1）图2 三维模型（2）Ansys可将SolidWorks、UG、Pro/E等三维软件建立的实体模型导入进行分析，为此，我们在SolidWorks中将做好的模型保存为*.igs格式，这里我们命名为“零件1. igs”。
2 建立有限元模型2.1 导入实体模型选择菜单：File->Import->Para…选择“**.igs，导入实体模型，OK。
2.2 定义单元类型由于本次弹性体组合梁需加1个力矩，所以需用到实体单元Solid和刚性单元Structural Mass。
SOLID45用于建立三维实体结构模型。
该单元由八个节点定义，每个节点有3个自由度：节点坐标系的x、y、z方向的平动。
本单元具有塑性、蠕变、膨胀、应力刚化、大变形、大应变等功能。
具有沙漏控制的凝聚积分选项。
下图是本单元的示意图：图3 SOLID187几何图形选择菜单：ANSYS Main Menu->Preprocessor->Element Type->Add/Edit/Delete，在弹出的单元定义对话框中选择Add，在弹出的单元类型库对话框中选择Structural Mass->3D Mass 21，OK。
再Add。
选择Solid->Brick 8node 45，OK。
Close。
由于3D Mass 21是刚性单元，所以应当设置质量实常量为0：选择菜单：Preprocessor->Real Constants->Add/Edit/Delete->Add，选中Type 1 Mass21，OK，将XYZ三个方向的质量设置为0。
《有限元分析》教学大纲
《有限元剖析》课程教课纲领【课程编号】×××××【课程名称】有限元剖析 / Finite Element Analysis【课程性质】专业核心课【学时】 144 学时【实验/上机学时】144学时【查核方式】试卷考【开课单位】XX学院【讲课对象】本科、机械设计制造及其自动化学生一、课程的性质、目的和任务有限元法作为边值问题的近似计算方法，跟着计算机和计算技术的迅猛发展，其应用已从固体力学发展到流体力学、热力学、电磁学、声学、光学、生物学等多耦合场问题。
《有限元剖析基础》是资料成型类专业的一门专业基础课，主要介绍固体力学有限单元法的基本理论和应用。
在对有限单元法的原理、方法进行讲解的同时配以相应的计算算例及大型工程软件的使用示例，加深学生的理解和消化。
课程教课所要达到的目的是：1、有限单元法的基本理论和实行方法；2、掌握工程构造和设施的受力及变形剖析技术并最后提升他们的工程设计能力和解决实质问题的能力； 3、利用 ANSYS软件上机实践达成两个上机练习：刚架构造有限元剖析和三维固体有限元剖析；4、掌握利用有限元的加权残值法求解场问题的观点，要点介绍 1 维和 2 维热传导问。
题有限元剖析。
二、教课内容、基本要乞降学、课时分派第一章： ANSYS 概论（13学时）（一）基本要求：认识有限元法的剖析过程，的安装与启动，前办理、加载并求解、后办理。
（二）教课内容和课时分派：1、有限元法的剖析过程，的安装与启动（ 2 学时）2、系统要求、设置运转参数（ 1 学时）3、 ANSYS剖析的基本过程（ 1 学时）4、实验内容（ 9 学时）实验 1 梁的有限元建模与变形剖析（1 学时）实验目的和要求：1)要求选择不一样形状的截面分别进行计算；2)梁截面分别采纳以下三种截面；3)设置计算类型；重点：有限元法的剖析过程，的安装与启动；难点： ANSYS剖析的基本过程；第二章：图形用户界面（13 学时）（一）基本要求：认识 ANSYS软件界面下各窗口的功能，详细包含应用命令菜单、主菜单、工具栏、输入窗口、图形窗口和输出窗口。
基于有限元分析的薄壁圆环零件加工工艺研究
精 密 成 形 工 程第16卷 第5期 156JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING 2024年5月收稿日期：2024-01-24 Received ：2024-01-24 引文格式：路春辉, 魏雁锐, 段新梅, 等. 基于有限元分析的薄壁圆环零件加工工艺研究[J]. 精密成形工程, 2024, 16(5): 156-163. LU Chunhui, WEI Yanrui, DUAN Xinmei, et al. Machining Process of Thin-walled Circular Ring Parts Based on Finite Element Analysis[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(5): 156-163. *通信作者（Corresponding author ） 基于有限元分析的薄壁圆环零件加工工艺研究路春辉*，魏雁锐，段新梅，王丽平，李松（北京航天新立科技有限公司，北京 100039）摘要：目的 针对薄壁圆环零件刚性差、强度弱、加工过程中易发生受力变形的难题，基于薄壁圆环零件加工成形工艺，优化零件的加工工艺和装夹方式。
方法 考虑到工艺对零件加工质量的影响，对零件的加工方法和装夹方式进行研究，提出一种新的加工工装，运用ANSYS 软件对零件装夹受力情况和振动变形进行有限元模拟仿真分析。
结果 该工装不仅能够防止零件发生应力集中，还提升了零件加工精度和表面质量，工装设计为一夹一顶方式，只需调整顶尖压紧力便可确保圆环件在加工中不会发生变形，同时拆装方便，提高了生产效率。
结论 对于薄壁圆环件的数控加工，可通过科学设计零件加工工艺流程和装夹工装，解决零件受力变形问题，保证薄壁圆环零件的尺寸、形位公差和表面粗糙度符合要求，提高了生产加工效率，满足产品批量生产使用要求，为类似薄壁件的加工提供了参考。
薄壁大口径PE管材弯曲有限元分析
薄壁大口径PE管材弯曲有限元分析
雷美荣;张艳军;高翔翔;王秋冬
【期刊名称】《山西大同大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2024(40)3
【摘要】对加入钢丝网的薄壁大口径PE管,运用有限元法分析其在弯曲过程中出现的内侧失稳起皱、横截面畸变等问题。
采用理论分析、数值模拟和实验研究相结合的方法,对薄壁大口径PE管材弯曲进行有限元分析,在分析PE管材弯曲机理和失效形式的基础上,通过实例得出有钢丝网PE管材的弯曲所受应力主要由钢丝网承载,结合弯曲测试,发现加入钢丝网可有效增强管材的刚度、抑制管材弯曲时内侧失稳起皱和横截面畸变等现象的发生,有限元数值模拟结果与实验结果较为一致,说明有限元数值模拟分析的可靠性。
【总页数】3页(P118-120)
【作者】雷美荣;张艳军;高翔翔;王秋冬
【作者单位】山西大同大学机电工程学院;山西大同大学建筑与测绘工程学院;山西大同大学煤炭工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TD724
【相关文献】
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门座起重机门架结构的有限元分析_傅永华
门座起重机门架结构的有限元分析武汉水利电力大学 傅永华门架结构是门座起重机的基础结构,设计时一般简化为杆系结构进行计算,即将其部件作为浅梁处理。
然而在实际工程中,许多圆筒门架的部件已不宜视为浅梁。
如某电厂的60t M 6022型门座起重机(图1),沿轴线方向计算高跨比:主梁为260/1050=1/4,下横梁为250/1050=1/4.2,均属于深图1 60t M 6022型门座起重机示意图梁范畴;圆筒与两侧立柱更甚,高跨比分别为320/490=1/1.54与250/320=1/1.28,显然作为刚架结构分析是有很大误差的。
当然,在具体设计中,可加大安全储备弥补这一缺陷,但难免带有盲目性。
而且作为一种复杂的薄壁箱形结构,不了解其应力场的具体分布情况,难以有效地优化结构。
本文以某电厂M6022型门座起重机(以下简称门机)为例,使用Super Sap93大型结构分析软件用板壳元建立力学模型计算,并在分析应力场分布特点的基础上,多次改变模型的局部结构反复计算,较合理地说明了这类结构的强度条件与加固措施。
1 模型建立1.1 单元划分圆筒门架结构是对称的,但门机工作时工况的变化不便于利用对称性,故采用四结点任意四边形板壳元建立整个结构的模型。
其中圆筒板厚18mm,主梁翼缘板厚18m m,腹板厚14mm,下横梁翼缘板厚16mm,腹板厚14mm 。
网格划分如图2所示,共1825个结点,1840个单元。
图2 圆筒门架结构网格节点图的升、降、存和取分别操作,而且是手离按钮即停止动作,有关检测和安全系统仍有效(门联锁除外),升降电机处于慢速状态。
3 安全系统垂直升降式立体停车库的安全系统是由车辆尺寸和重量检测系统、超速保护系统、升降传动机构失效保护系统、冲顶保护系统、沉底保护系统、联锁保护系统、消防系统和避雷装置等组成,其工作方式举例如下:(1)车辆尺寸和重量检测系统 当车超尺寸或超重y/超负荷0灯亮,否则/安全确认0灯亮y 车驶出y 关门y 结束。
薄壁圆筒局部限制失稳的试验及有限元研究
第４２卷第１期燕山大学学报Ｖｏｌ ４２Ｎｏ １２０１８年１月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＹａｎｓｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＪａｎ．２０１８㊀㊀文章编号：１００７⁃７９１Ｘ（２０１８）０１⁃００２９⁃０５薄壁圆筒局部限制失稳的试验及有限元研究尹宗勋，高炳军∗，董俊华（河北工业大学化工学院，天津３００１３０）㊀㊀收稿日期：２０１７⁃０３⁃２５㊀㊀㊀责任编辑：温茂森基金项目：河北省自然科学基金资助项目（Ｅ２０１７２０２０７８，Ｅ２０１１２０２０４４）㊀㊀作者简介：尹宗勋（１９９１⁃），男，河北廊坊人，硕士研究生，主要研究方向为过程及装备ＣＡＥ；∗通信作者：高炳军（１９６６⁃），男，河北沧县人，博士，教授，主要研究方向为压力容器强度分析与优化，Ｅｍａｉｌ：ｂｊｇａｏ＠ｈｅｂｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ㊂摘㊀要：以易拉罐为薄壁圆筒试件，设计并加工了一组局部刚性夹持结构，对局部刚性夹持试件进行外压试验，考察了局部限制约束对薄壁外压圆筒稳定性的影响，同时利用有限元软件ＡＮＳＹＳ对结构进行了特征值屈曲分析和几何非线性屈曲分析㊂试验与有限元计算表明：临时性局部限制约束可以提高外压薄壁筒体的抗失稳能力，并且薄壁圆筒的失稳临界压力和失稳波形数随刚性夹持件宽度的增加而增大㊂关键词：局部限制失稳；薄壁圆筒；临界压力；有限元中图分类号：ＴＵ３１１．２，Ｏ３４３．９㊀㊀文献标识码：Ａ㊀㊀ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７⁃７９１Ｘ．２０１８．０１．００４０ 引言低温液体运输半挂车的罐体主要由外壳与内容器构成［１］，其中内容器在正常工作状态下是内压容器，不存在稳定性问题㊂但是制造过程中当对内容器焊缝进行氦检漏［２］时需要对内容器抽真空㊂内容器内部虽设有安装防波板用的支撑圈以及安装内容器与外壳环氧玻璃钢支撑用的支撑圈，但通常不能满足稳定性要求，内容器失稳如图１所示㊂氦检漏时在罐体外壁加装临时性局部刚性夹持构件［３］是否可以增加罐体的抗失稳能力有待于深入研究，这种局部夹持失稳属于限制失稳问题㊂图１㊀内压容器失稳图Ｆｉｇ．１㊀Ｂｕｃｋｌｉｎｇｏｆｉｎｎｅｒｃｏｎｔａｉｎｅｒ㊀㊀限制失稳［４］是指构件失稳时由于受到某种限制性约束而不能自由发生屈曲变形的失稳㊂在很多的实际工程中都能够应用到，比如埋地管道［５］㊁隧道的防漏衬层［６］㊁核电站安全壳中的钢衬壳［７］等等㊂因此对于限制失稳的研究有很重要的实际工程意义㊂郭英涛等［８］采用弹性材料Ｍｙｌａｒ制作衬壳，外侧刚性限制为钢制圆柱筒壳的装置进行了试验研究，结果表明受侧向外压的圆柱薄衬壳限制失稳临界压力比自由失稳临界压力有很大的提高㊂冯兴奎等［９］采用模拟尿素合成塔松衬里设备的结构构件，对外壁受刚性约束的外压圆筒进行了稳定性试验研究，结果表明，外壁刚性约束具有加强作用，可使临界压力明显提高㊂ＹａｍａｍｏｔｏＹ和ＭａｔｓｕｂａｒａＮ［１０］对限制在刚性壁中的圆柱衬壳进行了试验研究，试验发现当压力较小时，壳体先按照自由屈曲的形式发生变形，直到和外壁发生接触，随着压力的增加，壳体外壁与刚性内壁的接触区域逐渐增大，所承受的压力会高于自由屈曲的临界压力㊂以上对限制失稳的试验研究有一个共同点，即衬壳被整体约束在外侧刚性约束内，但是对于临时性局部限制约束对外压薄壁圆筒稳定性的影响还缺乏必要的试验验证，因此，本文设计并加工了一套局部刚性夹持结构，选用易拉罐作为试件来模拟薄壁筒体进行外压试验，并利用软件ＡＮＳＹＳ对相应结构进行有限元计算，验证利用这３０㊀燕山大学学报２０１８种临时性局部刚性夹持结构提高外压薄壁圆筒抗失稳能力的可行性㊂１㊀外压试验１．１㊀试件及局部夹持结构外压试件采用易拉罐［１１］（图２（ａ）），材料为马口铁，厚度为０．１９ｍｍ，平均外径为５２．５６ｍｍ，有效长度为１２３ｍｍ，材料的弹性模量为１．９４ˑ１０５ＭＰａ，屈服极限为３７３．４ＭＰａ㊂加工的局部夹持结构如图２（ｂ）所示，由两个半圆形钢质夹持环㊁两个半圆形固定环以及两对螺栓螺母组成，材料为３０４不锈钢㊂其中夹持环内壁可以与易拉罐外壁贴合，主要起提供限制约束的作用；固定环端部有用于连接的折边段，折边段上开有螺栓孔，主要起固定夹持环的作用㊂安装局部夹持结构的试件如图２（ｃ）所示㊂试验制备了７组不同宽度的夹持环，宽度尺寸分别为５ｍｍ㊁１０ｍｍ㊁１５ｍｍ㊁２０ｍｍ㊁２５ｍｍ㊁３０ｍｍ㊁３５ｍｍ，厚度均为２ｍｍ㊂图２㊀外压试件Ｆｉｇ．２㊀Ｅｘｔｅｒｎａｌｐｒｅｓｓｕｒｅｓｐｅｃｉｍｅｎ１．２㊀外压试验装置及试验过程外压试验装置如图３所示，包括手动试压泵㊁加压容器㊁精密压力表等组件㊂图３㊀外压试验装置图Ｆｉｇ．３㊀Ｅｘｔｅｒｎａｌｐｒｅｓｓｕｒｅｔｅｓｔｓｅｔｕｐ㊀㊀打开加压容器平板封头中心开孔处的法兰盖，向加压容器内注满水㊂将局部夹持结构装夹于易拉罐的中间位置并且在易拉罐顶端的凹陷处装上Ｏ形密封圈，然后放置于法兰盖的凹槽中，安装托环并通过拧紧螺钉使托环压紧Ｏ形密封圈来实现外压试件的密封，试件安装的结构示意图及实物图见图４㊂使用螺丝刀拧紧固定板上的支撑杆使其末端的支撑盘接触外压试件底端，以消除试验中轴向载荷对试件失稳临界压力的影响（固定板焊接于法兰盖上，支撑杆与固定板通过螺纹连接）㊂外压试件内腔通过支撑杆与法兰盖之间的空隙与大气相通㊂拧紧螺栓使法兰盖固定在加压容器平板封头的中心开孔处，并压紧橡胶垫片实现法兰盖与平板封头间的密封㊂利用手动试压泵向压力容器内加压，由精密压力表测量压力，记录能够达到的最大压力即为试件的临界压力㊂打开法兰盖取下失稳试件，观察失稳波形，记录失稳波形数㊂图４㊀外压试件安装图Ｆｉｇ．４㊀Ｓｐｅｃｉｍｅｎａｓｓｅｍｂｌｙ１．３㊀试验结果及分析无夹持环的试件失稳如图５（ａ）所示，其临界第１期尹宗勋等㊀薄壁圆筒局部限制失稳的试验及有限元研究３１㊀压力为０．１５ＭＰａ，失稳波形数为４个；安装宽度为３０ｍｍ夹持环的试件失稳如图５（ｂ）所示，其临界压力为０．４９ＭＰａ，失稳波形数为６个㊂其他试件试验数据见表１㊂由试验结果可得，对外压薄壁圆筒施加临时性局部限制约束可以增加筒体的抗失稳能力并且随着局部夹持环宽度尺寸的增加，外压试件的临界压力逐渐增大㊂图５㊀失稳试件Ｆｉｇ．５㊀Ｂｕｃｋｌｉｎｇｓｐｅｃｉｍｅｎ２㊀有限元分析２．１㊀有限元模型易拉罐采用ｓｈｅｌｌ１８１单元，局部夹持环采用ｓｏｌｉｄ４５单元进行有限元分析［１２⁃１３］㊂有限元模型网格剖分如图６所示，筒体中间网格加密部分为接触区域，模型共包括１８０８０个节点，１７０８０个单元㊂位移约束条件为在薄壁圆筒一端施加环向约束并且在其中的一个关键点上施加轴向约束，另一端仅施加环向约束［１４］，局部夹持环在内㊁外表面对称位置的８个节点上施加环向辅助约束㊂载荷为筒体外壁施加１ＭＰａ外压㊂筒体失稳过程中，局部夹持环内壁与筒体外壁之间产生接触㊂采用面面接触建立接触对，夹持环内壁为目标面，圆筒外壁为接触面，分别选用ＴＡＲＧＥ１７０和ＣＯＮＴＡ１７４单元，摩擦系数取０．３［１５］㊂图６㊀网格剖分Ｆｉｇ．６㊀Ｍｅｓｈｉｎｇ２．２㊀有限元分析结果无夹持环试件的特征值屈曲模态如图７（ａ）所示，屈曲载荷系数为０．１８３８２８，即临界压力为０．１８３８２８ＭＰａ，失稳波形数为４个㊂装有３０ｍｍ局部夹持环试件的特征值屈曲模态图如图７（ｂ）所示，屈曲载荷系数为０．５８９０７８，即临界压力为０．５８９０７８ＭＰａ，失稳波形数为７个，从图中可以看出，局部夹持环对试件的失稳波形有很大影响，临界压力也有很大的提高㊂图７㊀失稳模态Ｆｉｇ．７㊀Ｂｕｃｋｌｉｎｇｍｏｄｅ３２㊀燕山大学学报２０１８㊀㊀随后在特征值屈曲分析基础上进行几何非线性分析，将特征值屈曲分析所得到的一阶屈曲模态乘以比例系数０．０１作为初始缺陷引入到模型中，采用弧长法进行计算㊂提取结果中径向位移最大的节点，做出其对应的压力与径向位移的平衡曲线，如图８所示，曲线中的最大压力０．４８８ＭＰａ即为临界压力㊂其他计算结果见表１㊂图８㊀压力位移曲线Ｆｉｇ．８㊀Ｐｒｅｓｓｕｒｅ⁃ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｒｅｓｐｏｎｓｅ表１㊀各试件的临界压力与失稳波形数Ｔａｂ．１㊀Ｃｒｉｔｉｃａｌｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｗａｖｅｎｕｍｂｅｒｏｆｓｐｅｃｉｍｅｎ夹持环宽度／ｍｍ临界压力／ＭＰａ失稳波形数试验值特征值屈曲分析结果非线性屈曲分析结果试验值特征值屈曲分析结果非线性屈曲分析结果００．１５０．１８４０．１７４４４５０．３８０．４４７０．３８２５７７１００．４００．４７２０．４０８６７７１５０．４２０．４９５０．４２７６７７２００．４４０．５２１０．４４５６７７２５０．４６０．５５２０．４６５５７７３００．４９０．５８９０．４８８６７７３５０．５１０．６１９０．５１９７８８３㊀有限元模拟结果与试验结果的对比为了进一步探究局部夹持环宽度对试件临界压力的影响，另外补充计算了夹持环宽度为１ｍｍ㊁２ｍｍ㊁３ｍｍ㊁４ｍｍ㊁４０ｍｍ㊁５０ｍｍ情况下模型的临界压力，并将有限元模拟结果与试验结果作图，如图９所示㊂由图可知，特征值屈曲分析计算的临界压力与试验结果相比均偏大，最大偏差为２１．３３％，原因是在特征值计算的过程中没有考虑筒体的初始缺陷对临界压力的影响，而将初始缺陷引入模型计算的几何非线性屈曲分析计算结果可以与试验结果很好的吻合，也说明所引入的初始缺陷是合理的㊂三种方式所得到的结果均具有相同的变化趋势，即随着局部夹持环宽度的增加，临界压力值逐渐增大㊂并且，带有局部夹持环试件的临界压力要远大于相同条件下自由失稳试件的临界压力㊂由此可见，临时性地加装局部夹持环这种限制约束可以增强薄壁外压容器的抗失稳能力㊂此外，随着局部夹持环宽度的增加，外压薄壁圆筒的失稳波形数也会增加㊂根据图９中的数值计算结果可以看出当局部夹持环的宽度为５ｍｍ时，临界压力的变化出现第一个拐点，因此可以作为合理的夹持环宽度㊂图９㊀有限元计算结果与试验结果的对比Ｆｉｇ．９㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｂｅｔｗｅｅｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓａｎｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｒｅｓｕｌｔｓ４㊀结论１）试验及有限元计算表明临时性局部限制约束可以提高外压薄壁筒体的抗失稳能力㊂２）外压圆筒的临界压力随刚性夹持件宽度的增加而增大，临界压力出现第一个拐点时的宽度可作为夹持环的合理宽度㊂３）外压薄壁圆筒的失稳波形数随着夹持环宽度的增加而增加㊂参考文献１ 卫丽霞．液化天然气运输半挂车结构及流程 Ｊ ．中国特种设备安全２０１１ ２７ １ ２２⁃２３．ＷＥＩＬＸ．ＳｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆＬＮＧｓｅｍｉｔｒａｉｌｅｒ Ｊ ．ＣｈｉｎａＳｐｅｃｉａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔＳａｆｅｔｙ ２０１１ ２７ １ ２２⁃２３．２ 张梅孙占远．低温液体运输车在抽空氦检漏中的问题及改进 Ｊ ．中国特种设备安全２００９ ２５ ９ ４１⁃４２．ＺＨＡＮＧＭ ＳＵＮＺＹ．Ｐｒｏｂｌｅｍｏｆｔｈｅｃｒｙｏｇｅｎｉｃｌｉｑｕｉｄｖｅｈｉｃｌｅ第１期尹宗勋等㊀薄壁圆筒局部限制失稳的试验及有限元研究３３㊀ｄｕｒｉｎｇｈｅｌｉｕｍｌｅａｋｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｎｄｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｔａｃｔｉｃｓ Ｊ ．ＣｈｉｎａＳｐｅｃｉａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔＳａｆｅｔｙ ２００９ ２５ ９ ４１⁃４２．３ 刘康林童长河黄剑平等．低温夹套容器内罐氦检漏辅助装置２０１２２０２４５８１５１．９ Ｐ．２０１２⁃１２⁃１９．ＬＩＵＫＬ ＴＯＮＧＣＨ ＨＵＡＮＧＪＰ ｅｔａｌ．Ａｕｘｉｌｉａｒｙａｐｐｌｉａｎｃｅｆｏｒｈｅｌｉｕｍｌｅａｋｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｃｒｙｏｇｅｎｉｃｖｅｓｓｅｌｗｉｔｈｊａｃｋｅｔ．２０１２２０２４５８１５１．９ Ｐ．２０１２⁃１２⁃１９．４ 郭英涛任文敏．关于限制失稳的研究进展 Ｊ ．力学进展２００４ ３４ １ ４１⁃５２．ＧＵＯＹＴ ＲＥＮＷＭ．Ｓｏｍｅａｄｖａｎｃｅｉｎｃｏｎｆｉｎｅｄｂｕｃｋｌｉｎｇ Ｊ ．ＡｄｖａｎｃｅｓｉｎＭｅｃｈａｎｉｃｓ ２００４ ３４ １ ４１⁃５２．５ ＬＩＺＣ．Ｅｌａｓｔｉｃｂｕｃｋｌｉｎｇｏｆｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｐｉｐｅｌｉｎｉｎｇｓｗｉｔｈｖａｒｉａｂｌｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｅｎｃａｓｅｄｉｎｒｉｇｉｄｈｏｓｔｐｉｐｅｓ Ｊ ．Ｔｈｉｎ⁃ｗａｌｌｅｄＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ２０１２ ５１ ２５ １０⁃１９．６ ＶＡＳＩＬＩＫＩＳＤ ＫＡＲＡＭＡＮＯＳＳＡ．Ｍｅｃｈａｎｉｃｓｏｆｃｏｎｆｉｎｅｄｔｈｉｎ⁃ｗａｌｌｅｄｃｙｌｉｎｄｅｒｓｓｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏｅｘｔｅｒｎａｌｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｊ ．ＡｐｐｌｉｅｄＭｅｃｈａｎｉｃｓＲｅｖｉｅｗｓ ２０１４ ６６ １ ０１０８０１．７ 范钦珊丁红丽徐秉业等．安全壳中钢衬壳热屈曲问题理论与实验研究Ⅱ 实验部分 Ｊ ．力学学报１９９１ ３１ １ ８４⁃９１．ＦＡＮＹＳ ＤＩＮＧＨＬ ＸＵＢｉｎｇｙｅ ｅｔａｌ．ＴｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｒｍａｌｂｕｃｋｌｉｎｇｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｌｉｎｅｒｓｈｅｌｌｓＩＩ －Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｐａｒｔ Ｊ ．ＡｃｔａＭｅｃｈａｎｉｃａＳｉｎｉｃａ １９９９ ３１ １ １ ８４⁃９１．８ 郭英涛任文敏．圆柱壳限制失稳的实验研究 Ｊ ．工程力学２００６ ２３ Ｓ１ ７⁃１０．ＧＵＯＹＴ ＲＥＮＷＭ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｃｏｎｆｉｎｅｄｂｕｃｋｌｉｎｇｏｆｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｓｈｅｌｌｓ Ｊ ．ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭｅｃｈａｎｉｃｓ ２００６ ２３ Ｓ１ ７⁃１０． ９ 冯兴奎孟祥波付玉华等．外壁受刚性约束的外压圆筒的稳定性试验研究 Ｊ ．压力容器１９８７ ４ ６ １８⁃２２．ＦＥＮＧＸＫ ＭＥＮＧＸＢ ＦＵＹＨ ｅｔａｌ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｂｕｃｋｌｉｎｇｏｆｅｘｔｅｒｎａｌｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄｃｙｌｉｎｄｅｒｓｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏｏｕｔｓｉｄｅｒｉｇｉｄｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ Ｊ ．ＰｒｅｓｓｕｒｅＶｅｓｓｅｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ １９８７ ４ ６ １８⁃２２． １０ ＹＡＭＡＭＯＴＯＹ ＭＡＴＳＵＢＡＲＡＮ．Ｂｕｃｋｌｉｎｇｏｆａｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｓｈｅｌｌｒｅｓｔｒａｉｎｅｄｂｙａｎｏｕｔｅｒｒｉｇｉｄｗａｌｌ Ｊ ．ＴｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎｄＡｐｐｌＭｅｃｈ １９７９ ２７ ６ １１５⁃１２６．１１ 高炳军唐辉永苏亮等． 露露易拉罐作为外压圆筒稳定性试验试件的可行性研究 Ｊ ．河北工业大学成人教育学院学报２００８ ２３ １ ５３⁃５６．ＧＡＯＢＪ ＴＡＮＧＨＹ ＳＵＬ ｅｔａｌ．Ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆ Ｌｕｌｕ ｐｏｐｃａｎａｓｓｐｅｃｉｍｅｎｆｏｒｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｆｃｙｌｉｎｄｅｒｓｔａｂｉｌｉｔｙｕｎｄｅｒｅｘｔｅｒｎａｌｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｊ ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｄｕｌｔＥｄｕｃａｔｉｏｎＳｃｈｏｏｌｏｆＨｅｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ２００８ ２３ １ ５３⁃５６．１２ 周云岗杨靖华．多塔斜拉⁃悬吊协作体桥力学性能探讨 Ｊ ．燕山大学学报２０１５ ３９ １ ８８⁃９４．ＺＨＯＵＹＧ ＹＡＮＧＪＨ．Ｓｔｕｄｙｏｎｍｅｃｈａｎｉｃｓｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆｍｕｌｔｉ⁃ｔｏｗｅｒｓｃａｂｌｅ⁃ｓｔａｙｅｄｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｂｒｉｄｇｅｓ Ｊ ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＹａｎｓｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ２０１５ ３９ １ ８８⁃９４．１３ 肖俊华段晓森．贝氏体钢组合辙叉的准静态接触有限元分析 Ｊ ．燕山大学学报２０１５ ３９ ２ １６５⁃１６９．ＸＩＡＯＪＨ ＤＵＡＮＸＳ．Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｏｎｂａｉｎｉｔｅｓｔｅｅｌｃｒｏｓｓｉｎｇｕｎｄｅｒｑｕａｓｉ⁃ｓｔａｔｉｃｃｏｎｔａｃｔｌｏａｄ Ｊ ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＹａｎｓｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ２０１５ ３９ ２ １６５⁃１６９．１４ 余伟炜高炳军．ＡＮＳＹＳ在机械与化工设备中的应用 Ｍ ．２版．北京中国水利水电出版社２００７ ８４⁃９７．ＹＵＷＷ ＧＡＯＢＪ．ＡＮＳＹＳａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｍｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｍ ．２ｎｄｅｄ．Ｂｅｉｊｉｎｇ ＣｈｉｎａＷａｔｅｒ＆ＰｏｗｅｒＰｒｅｓｓ ２００７ ８４⁃９７．１５ 刘康林赵国朱志彬等．基于ＡＮＳＹＳ的圆柱壳限制失稳研究 Ｊ ．石油化工设备２０１３ ４２ ５ ８⁃１１．ＬＩＵＫＬ ＺＨＡＯＧ ＺＨＵＺＢ ｅｔａｌ．ＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅｃｏｎｆｉｎｅｄｂｕｃｋｌｉｎｇｏｆａｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｓｈｅｌｌｂａｓｅｄｏｎＡＮＳＹＳ Ｊ ．Ｐｅｔｒｏ⁃ＣｈｅｍｉｃａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔ ２０１３ ４２ ５ ８⁃１１．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌａｎｄｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｔｕｄｙｏｎｌｏｃａｌｃｏｎｆｉｎｅｄｂｕｃｋｌｉｎｇｏｆｔｈｉｎ⁃ｗａｌｌｃｙｌｉｎｄｅｒＹＩＮＺｏｎｇｘｕｎ ＧＡＯＢｉｎｇｊｕｎ ＤＯＮＧＪｕｎｈｕａＳｃｈｏｏｌｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＨｅｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｔｉａｎｊｉｎ３００１３０ ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔ Ｃａｎｓａｒｅｔａｋｅｎａｓｔｈｉｎ⁃ｗａｌｌｅｄｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｓｈｅｌｌｓｐｅｃｉｍｅｎｓｓｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏｅｘｔｅｒｎａｌｐｒｅｓｓｕｒｅ．Ａｇｒｏｕｐｏｆｌｏｃａｌｒｉｇｉｄｃｌａｍｐｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄ．Ａｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｔｏｄｉｓｃｏｖｅｒｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｌｏｃａｌｃｏｎｆｉｎｅｄｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｏｎｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｉｎ⁃ｗａｌｌｃｙｌｉｎｄｅｒｕｎｄｅｒｕｎｉｆｏｒｍｅｘｔｅｒｎａｌｐｒｅｓｓｕｒｅ．ＴｈｅｅｉｇｅｎｖａｌｕｅｂｕｃｋｌｉｎｇａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｇｅｏｍｅｔｒｉｃｎｏｎｌｉｎｅａｒｂｕｃｋｌｉｎｇａｎａｌｙｓｉｓａｒｅｅｍｐｌｏｙｅｄｗｉｔｈｔｈｅａｉｄｏｆＡＮＳＹＳ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌａｎｄｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｅｍｐｏｒａｒｙｌｏｃａｌｒｉｇｉｄｃｏｎｆｉｎｅｄｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｃｒｉｔｉｃａｌｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆｔｈｅｔｈｉｎ⁃ｗａｌｌｃｙｌｉｎｄｅｒｓｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏｅｘｔｅｒｎａｌｐｒｅｓｓｕｒｅ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ ｔｈｅｃｒｉｔｉｃａｌｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｂｕｃｋｌｉｎｇｗａｖｅｎｕｍｂｅｒｏｆｔｈｅｓｐｅｃｉｍｅｎｉｎｃｒｅａｓｅｇｒａｄｕａｌｌｙｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｃｌａｍｐｉｎｇｗｉｄｔｈ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｌｏｃａｌｃｏｎｆｉｎｅｄｂｕｃｋｌｉｎｇ ｔｈｉｎ⁃ｗａｌｌｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｓｈｅｌｌ ｃｒｉｔｉｃａｌｐｒｅｓｓｕｒｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ。
开口薄壁圆管弹塑性弯扭试验及ABAQUS分析
工程技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald28DOI：10.16660/ki.1674-098X.2017.29.028开口薄壁圆管弹塑性弯扭试验及ABAQUS分析①徐喆 杨晓林* 贺雨 王斐 刘芬良（青海大学土木工程学院 青海西宁 810016）摘 要：开口薄壁圆管构件在受扭矩及弯矩作用时的变形与闭口圆柱截面试件截然不同。
本文分析开口薄壁圆筒在弯扭组合变形作用下的应力及应变的大小、方向并进行试验测量，并用ABAQUS有限元软件分析该开口薄壁圆筒的应力、应变及弯矩、扭矩，最后将其与试验结果进行对比分析。
关键词：开口薄壁圆筒 弯扭组合 应力 应变 ABAQU分析中图分类号：TP317 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2017)10(b)-0028-02①基金项目：青海省科技项目（项目编号:2014-HZ-822；2016-ZJ-721；2017-ZJ-783）；教育部春晖计划（项目编号:Z2014002）；青海大 学中青年科研基金（项目编号:2013-QGY -2；2014-QGY -10）；青海大学研究生课程建设项目（项目编号:qdyk-170206）。
作者简介:徐喆(1994—),男,汉族，甘肃嘉峪关人，硕士研究生，本科，主要从事混凝土冲击动力学及有限元研究。
通讯作者：杨晓林(1980—)，男，汉族，陕西礼泉人，硕士，讲师，主要从事混凝土结构及耐久性、损伤理论工作，E-mail:xiaoliny@。
在工程领域中，可以理论分析结构的应力、应变等情况，还可以采用实验的方法对构件模型进行分析测量，还可以采用ABAQUS有限元分析软件对其进行分析，ABAQUS 能够求解广泛的线性和非线性问题，包括结构的静态、动态、热响应等。
本文采用电测法测定开口薄壁圆筒在弯扭组合下的应力、应变情况，并用ABAQUS对该构件进行分析，并将结果与电测法及理论计算相比较。
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题目：试分析图1薄壁圆筒在载荷作用下的应力和应变（载荷个数、大小、薄壁圆的参数自己选择）。
1.三维建模
3D 模型是对部件进行分析和改进的结果，模型建立的越精确，有限元分析中的网格划分也就越细致，那么得到的结果相应的也就更加的准确，考虑到薄壁圆筒的结构性，将其适当的简化，用SOLIDWORKS 建模（如图2）。
图2 薄壁圆筒三维模型
考虑到ANSYS 和SOLIDWORKS 有很多数据接口，例如IGES,PARA,以及SAT 等等，为了保证零件导入的完整性，选择另存为PARASOLID （*.x_t ）文件，在将其导入ANSYS 中的workbench 协同仿真环境中。
2.有限元分析
2.1定义单元的属性
1）定义材料属性：选择菜单Toolbox：Static Structural(ANSYS)>Project Schematic>Engineer Data>Edit>View>Outline在材料属性窗口Material选择Structural Steel，View>Properties 在弹出的对话框中设置Young's Modulus（弹性模量）为2E11，Poisson's Ratio（泊松比）为0.3，density（密度）为7850，单击OK即可。
2）导入模型：选择菜单Static Structural(ANSYS)：Geometry>Import Geometry>Browse 将之前存入的PARASOLID（*.x_t）文件导入环境中，并且选择单位为Millimeter(毫米)。
3）定义单元的类型：ANSYS 提供了190 多种不同的单元类型, 从普通的线单元、面单元、实体单元到特殊的接触单元、间隙单元和表面效应单元等。
选择合适的单元类型是进行各类有限元分析的基础, 在满足计算精度的同时可以有效的简化单元划分的难度。
实体单元类型也比较多, 实体单元也是实际工程中使用最多的单元类型。
常用的实体单元类型有solid45, solid92, solid185, solid187 等几种。
4）在此, 选择单元类型为Solid185, 因为Solid185 单元是3 维8 节点实体, 该单元用来模拟3 维实体, 由8 个节点定义, 每个节点3 个自由度: X ,Y, Z 方向. 具有塑性, 超弹性应力, 超大许用应变, 大变形, 大应变能力(如图3）。
选择菜单Static Structural(ANSYS)：Model>Geometry>Solid>Inset>Command 在右方出现的命令栏中输入et,matid, 185,回车确定。
即选择单元类型为三维实体单
元
Solid 185.
2.2 网格划分
有限元网格数目过少，容易产生畸变，并影响计算精度；而数目过大，不仅对提高精度作用不大，反而大大增加了计算工作量.
图3 SOLID185几何图形
1）可以采用ANSYS WORKBENCH提供的mesh网格划分工具生成有限元模型。
2）在detail of mesh（划分细节）中选择Sizing，将Use Advanced Size Function 项改为Proximity and Curvature，将Relevance Center项改为fine。
3）选择菜单MODEL，Mesh Control>Mapped Face Meshing，选中实体准备行映射网格划分。
4）选择菜单MODEL，Mesh>Generate mesh进行网格划分（如图4）。
图4 网格划分
划分网格后生成：
节点数32334个，(如图5所示)
单元数19088个（如图5所示)。
图5 Statistics
2.3添加约束和载荷
1）添加约束：选择菜单MODEL：Static Structural>Inset>Fixed Support，选择薄壁圆筒的左端面，在下方工具栏中Details of Fixed Support>Scope>Geometry,选择Apply。
2）添加载荷：选择菜单MODEL：Static Structural>Inset>Moment，选择薄壁圆筒右端圆柱面，在下方工具栏中Details of Moment>Definition>Define by>Components>Global Coordinate System>X Component，输入扭矩值为1000N.m 点击确定即可（如图6）。
图6 添加约束和载荷
2.4 求解
选择菜单MODEL：Static Structural>solve，即可对上述设定进行求解。
3.结果处理
1)选择菜单MODEL：Static Structural>Solution>Inset>Stress> Equivalent(von-mises),显示节点应力云图（如图7，8所示）。
2）选择菜单MODEL：Static Structural>Solution>Inset>Stain> Equivalent(von-mises),显示薄壁圆筒应变分布图（如图9所示）。
3）选择菜单MODEL：Static Structural>Solution>Inset>Deformation>Total 绘制变形图（如图10所示）。
4) 选择菜单MODEL：Static Structural>Solution>Evaluate All Results
将三种图的结果进行处理。
图7 节点（von-mises）应力图此处红色区域为应力最大值所在
图8 薄壁圆筒应变分布图
图9薄壁圆筒变形图
4.有限元静力学分析
根据计算结果，统计数据如表1所示：
类型MIN MAX
应力14487 1.6469e8
应变7.2434e-8Pa 8.2347Mpa
变形量0m 0.00017195m
由图7,8可看出主体钢结构的等效应力分布比较散，虽然处于材料Q235的安全工作范围内，满足强度要求。
图7显示，最大应力发生在横截面尺寸不同的两面交接处，等效应力值为35.992MPa小于屈服极限235MPa,故此结构基本符合要求。
但是零件容易遭到破坏。
如将交界处加工出圆角（如图11），可将应力集中的现象改善。
图10 改良后的部分图。