ANSYS課程論文

1、研 究 生 課 程 論 文(2013-2014學(xué)年第一學(xué)期)臥式蒸汽減溫器有限元分析研究生： 程興提交日期： 2014年2月10日 研究生簽名： 學(xué) 號201321002784學(xué) 院機(jī)械與汽車工程學(xué)院課程編號S0807060課程名稱過程裝備系統(tǒng)動態(tài)仿真技術(shù)學(xué)位類別工程碩士任課教師郭崇志 老師教師評語：成績評定： 分 任課教師簽名： 年 月 日臥式蒸汽減溫器有限元分析摘要：本文利用有限元軟件ANSYS建立了臥式蒸汽減溫器的有限元模型，并對其在加壓狀態(tài)下的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力分析，得到不同部位的變形趨勢、位移大小、應(yīng)力分布，通過對比分析得到受力和變形最大的部位，對工廠的安全生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)作用。關(guān)鍵

2、詞：減溫器；ANSYS；應(yīng)力分析；路徑 Abstract：This paper, by using finite element software ANSYS to establish the finite element model of Horizontal Steam Desuperheater，then launch the static analysis to its overall structure in the condition of pressure, so as to get the deformation trend, displacement, stress dist

3、ribution in different part. Through the comparative analysis to find the location which has the biggest force or deformation .This has a great guiding role for the safe production of the factory.Keywords : Desuperheater ；ANSYS ；Stress analysis ；Path前言：蒸汽減溫器是節(jié)能工程普遍采用的一種設(shè)備，該設(shè)備由減溫水霧化裝置與組合式汽化單元兩大部分組成，霧化

4、噴嘴對減溫水進(jìn)行壓力霧化，分散于高溫蒸汽汽流中，組合式汽化單元進(jìn)一步對霧化減溫水強(qiáng)制性旋轉(zhuǎn)、剪切破碎，并在汽化單元內(nèi)件表面被吸熱汽化，顯著強(qiáng)化了汽化過程，達(dá)到高溫蒸汽的減溫。1.創(chuàng)建模型1.1建立GUI分析環(huán)境1.1.1設(shè)置工作文件名。單擊Utility Menu/file/change Jobname，彈出對話框，設(shè)置工作文件名為Pingban Stress Analysis，在New log and error file中選yes，同進(jìn)點(diǎn)擊OK，則工作文件名顯示在上方。1.1.2建立工作標(biāo)題。單擊File/change title，彈出對話框，輸入標(biāo)題Pingban Stress Anal

5、ysis。設(shè)置后，工作標(biāo)題將在“圖形輸出窗口”上顯示。1.2創(chuàng)建減溫器的筒體執(zhí)行MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Hollow Cylinder創(chuàng)建隔板MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Solid Cylinder移動WP，在筒體右端再做一個相同的隔板WP>Offset WP by IncrementsMM>Preprocessor>Modeling>Create>V

6、olumes>Cylinder>Solid Cylinder向右移動并旋轉(zhuǎn)WP ，在右側(cè)創(chuàng)建封頭WP>Offset WP by IncrementsMM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Sphere>By Dimensions同理，向左移動并旋轉(zhuǎn)WP ，在左側(cè)創(chuàng)建封頭1.3創(chuàng)建閥門及附件移動WPWP>Offset WP to>Global OriginWP>Offset WP by Increments. 創(chuàng)建閥門K4先創(chuàng)建空心圓柱MM>Preprocessor>Mod

7、eling>Create>Volumes>Cylinder>Hollow Cylinder將圓柱體與筒體進(jìn)行搭接MM>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Overlap選中將要搭接的兩個體，點(diǎn)擊OK然后將多余的部分刪除MM>Preprocessor>Modeling>Delete得到所需圖形如下移動WPWP>Offset WP by Increments.創(chuàng)建錐臺MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Co

8、ne>By Dimensions在椎體中間再創(chuàng)建個半徑為20的實(shí)心圓柱體MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Solid Cylinder 減去該圓柱體MM>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Subtract>Volumes先選被減體，再選減體移動WPWP>Offset WP by Increments創(chuàng)建圓盤MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volume

9、s>Cylinder>Hollow Cylinder再創(chuàng)建三個空心圓盤如圖所示在兩個大圓盤上打孔移動WPWP>Offset WP by Increments做輔助塊體1MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Solid Cylinder移動WPWP>Offset WP by Increments 做類似于輔助塊體1做輔助塊體2MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Solid Cyli

10、nder移動WPWP>Offset WP by Increments旋轉(zhuǎn)WPWP>Offset WP by Increments移動WPWP>Offset WP by Increments類似于輔助塊體1和2做輔助塊體3MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Solid Cylinder移動并旋轉(zhuǎn)WP 關(guān)于Y-Z面鏡像輔助塊體1、2、3MM>Preprocessor>Modeling>Reflect>Volumes選中被鏡像的輔助塊體1、2、3，再選擇鏡像平面

11、，得到如下圖形將坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為柱坐標(biāo)系Workplane>Change Active CS to>Global CylindricalLocal Coordinate Systems>Crate Local CS>At WP Origin>復(fù)制輔助模塊MM>Preprocessor>Modeling>Copy>Volumes>選擇輔助模塊1>Apply>如下圖所示，在DY框輸入-45結(jié)果如圖所示以此類推，復(fù)制出另外兩個輔助模塊，如圖減去這8個輔助塊體先把這8個輔助塊體及兩個圓盤搭接在一起MM>Preprocessor&

12、gt;Modeling>Operate>Booleans>Overlap>選擇8個輔助塊體及兩個圓盤MM>Preprocessor>Modeling>Delete>Volume and Below>選擇8個輔助塊體>Apply結(jié)果如圖所示創(chuàng)建K2a和K2b將WP移動到原點(diǎn)WP.>Offset WP to>Global Origin移動并旋轉(zhuǎn)WPWP>Offset WP by Increments.創(chuàng)建圓柱MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cy

13、linder>Hollow Cylinder按創(chuàng)建K4的方法創(chuàng)建錐臺和四個圓盤，并打八個小孔，既得K2b結(jié)果如圖所示關(guān)于X-Z平面鏡像K2b得到K2aMM>Preprocessor>Modeling>Reflect>Volumes，選中被鏡像的K2b，再選擇鏡像平面，得到如下圖形創(chuàng)建閥門S1移動并旋轉(zhuǎn)WP 先創(chuàng)建圓柱體MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Hollow Cylinder將圓柱體與筒體進(jìn)行搭接MM>Preprocessor>Modeling&g

14、t;Operate>Booleans>Overlap然后將多余的部分刪除MM>Preprocessor>Modeling>Delete得到所需圖形如下仿照閥門K4的做法創(chuàng)建空心圓錐臺，MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cone>By Dimensions在椎體中間再創(chuàng)建個半徑為20的實(shí)心圓柱體MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Solid Cylinder 將該實(shí)心圓柱體與圓錐臺搭接后，

15、減去該圓柱體，結(jié)果如圖所示：在圓錐臺上創(chuàng)建一空心薄板MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Hollow Cylinder在該空心薄板上仿照剛才創(chuàng)建的圓錐臺再創(chuàng)建一薄空心圓錐臺，如圖在圓板上打8個孔在S1與筒體連接處構(gòu)建一個加強(qiáng)圈移動WP創(chuàng)建一個空心圓錐臺MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cone>By Dimensions然后，將該加強(qiáng)圈與筒體搭接，并刪除多余的部分MM>Preprocessor>Model

16、ing>Operate>Booleans>Overlap，MM>Preprocessor>Modeling>Delete結(jié)果如圖所示以此類推，可做出閥門K14,K16,P1b,P1a,P5,S2和P2，其中，P2和P5需要畫加強(qiáng)圈。結(jié)果如圖所示：做大閥門P3將WP移動到原點(diǎn)WP.>Offset WP to>Global Origin移動并旋轉(zhuǎn)WP 做空心圓柱體MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Hollow Cylinder做加強(qiáng)圈MM>Pre

17、processor>Modeling>Create>Volumes>Cone>By Dimensions將圓柱體、加強(qiáng)圈與筒體進(jìn)行搭接MM>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Overlap選中將要搭接的三個體，點(diǎn)擊OK先拆分MM>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Partition>然后將多余的部分刪除MM>Preprocessor>Modeling>Delete得到所需圖形如下移動WP建圓板M

18、M>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Hollow Cylinder移動WP建兩個空心圓錐臺MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cone>By Dimensions移動WP，再創(chuàng)建一個圓錐臺在圓錐臺上創(chuàng)建一個實(shí)心圓柱體移動WPMM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Solid Cylinder將該圓柱體與圓錐臺搭接，MM>P

19、reprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Overlap選中將要搭接的兩個體，點(diǎn)擊OK然后刪除該圓柱體MM>Preprocessor>Modeling>Delete在圓錐臺上再創(chuàng)建一個圓盤移動WPMM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Hollow Cylinder在該圓盤上創(chuàng)建一個圓柱體移動WPMM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>

20、;Hollow Cylinder移動并旋轉(zhuǎn)WP 在圓柱體上做半球型體封蓋MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Sphere>By Dimensions旋轉(zhuǎn)WP做空心圓柱體MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Hollow Cylinder將圓柱體與球體搭接，并刪去多余的部分MM>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Overlap選中將要搭接的兩個體，點(diǎn)

21、擊OK先將球體拆分MM>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Partition>然后將圓柱體和球體多余的部分刪除MM>Preprocessor>Modeling>Delete得到所需圖形如下移動WP創(chuàng)建圓錐臺MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cone>By Dimensions做實(shí)心圓柱體MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>

22、;Solid Cylinder將該圓柱體與圓錐臺搭接后，刪去該圓柱體MM>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Overlap選中將要搭接的兩個體，點(diǎn)擊OK刪除該圓柱體MM>Preprocessor>Modeling>Delete做一空心圓盤移動WPMM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Hollow Cylinder做圓錐臺移動WPMM>Preprocessor>Modeling>Create&

23、gt;Volumes>Cone>By Dimensions做實(shí)心圓柱體MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Solid Cylinder將該圓柱體與圓錐臺搭接后，刪去該圓柱體，結(jié)果如圖所示仿照上面所作，在大閥門P3的三個圓盤上分別打八個孔后得接下來創(chuàng)建左前方的大閥門及其相連接的管道將WP移動到原點(diǎn)WP.>Offset WP to>Global Origin移動WPWP>Offset WP by Increments.畫空心圓柱體MM>Preprocessor>

24、;Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Hollow Cylinder將該圓柱體與桶壁搭接后刪除圓柱體內(nèi)的桶壁部分做圓錐臺移動WPMM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cone>By Dimensions做實(shí)心圓柱體MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Solid Cylinder將該圓柱體與圓錐臺搭接后，刪去該圓柱體，結(jié)果如圖所示在該空心圓錐臺上建立一個空心圓盤移動WP

25、MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Hollow Cylinder在該圓盤上再建立一個空心圓錐臺移動WPMM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cone>By Dimensions做半徑為84的圓柱體并挖去該圓柱體后得在大圓盤上打八個小孔，結(jié)果如圖所示1.4創(chuàng)建內(nèi)部管道先利用面沿線拉伸法創(chuàng)建兩個連續(xù)彎管移動并旋轉(zhuǎn)WP MM>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>

26、Arcs>By Cent & Radius>依次輸入：得如下圖形其中右上部分的1/4圓即為面拉伸時所沿的路徑執(zhí)行MM>Preprocessor>Modeling>Operate>Extrude>Along Lines>依次選擇拉伸平面及路徑，如圖所示：拉伸后效果圖 以線條形式顯示移動WP執(zhí)行MM>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Arcs>By Cent & Radius>依次輸入：得如下圖形其中左下1/4即為面要拉伸的軌跡執(zhí)行MM>Preproc

27、essor>Modeling>Operate>Extrude>Along Lines>依次選擇拉伸平面及路徑，如圖所示：得拉伸后效果圖以線條形式顯示線面簡歷筒體內(nèi)部的長直管道移動并旋轉(zhuǎn)WPMM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Hollow Cylinder接下來利用復(fù)制的方法創(chuàng)建另一個閥門及與其相連的長直管道執(zhí)行MM>Preprocessor>Modeling>Copy>Volumes>選擇要復(fù)制的對象如圖所示輸入數(shù)據(jù)結(jié)果如圖所示接下來建立

28、兩條長直管道的支撐架將WP移動到原點(diǎn)WP>Offset WP to>Global Origin移動WPWP>Offset WP by Increments.執(zhí)行MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Solid Cylinder用WP面切割體法做出內(nèi)部長直管道的支架移動并旋轉(zhuǎn)WPMM>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Divide>Volu By WrkPlane>選擇要切割的面>Apply&

29、gt;Delete上半部分，結(jié)果如圖所示移動WP執(zhí)行MM>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Divide>Volu By WrkPlane>選擇要切割的面>Apply 移動并旋轉(zhuǎn)WP執(zhí)行MM>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Divide>Volu By WrkPlane>選擇要切割的面>Apply移動WP執(zhí)行MM>Preprocessor>Modeling>Operate>Boolean

30、s>Divide>Volu By WrkPlane>選擇要切割的面>Apply>移動WP執(zhí)行MM>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Divide>Volu By WrkPlane>選擇要切割的面>Apply>移動WP執(zhí)行MM>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Divide>Volu By WrkPlane>選擇要切割的面>Apply>執(zhí)行MM>Preprocesso

31、r>Modeling>Delete>Volume and Below>選擇要刪除的體>Apply>接下來將管道打通執(zhí)行MM>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Overlap選中將要搭接的三個體，點(diǎn)擊OK然后將支架內(nèi)的實(shí)心部分刪除MM>Preprocessor>Modeling>Delete得到所需圖形如下下面利用復(fù)制的方法在管道后半部建立一個相同的支架執(zhí)行MM>Preprocessor>Modeling>Copy>Volumes>選擇要復(fù)

32、制的對象如圖所示>Apply>結(jié)果如圖所示1.5建立減溫器的底座將WP移動到原點(diǎn)WP.>Offset WP to>Global Origin移動并旋轉(zhuǎn)WPWP>Offset WP by Increments.輸入MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Partial Cylinder移動WP創(chuàng)建塊體MM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Block>By Dimensions將該塊體與其上面的部分

33、搭接后，再刪除該塊體在桶壁內(nèi)部的部分執(zhí)行MM>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Overlap鏡像該塊體到相對側(cè)MM>Preprocessor>Modeling>Reflect>Volumes，選中被鏡像的底座，再選擇鏡像平面，得到如下圖形畫前板移動WPMM>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Block>By Dimensions移動WPMM>Preprocessor>Modeling>Create>

34、;Volumes>Block>By Dimensions然后將整個底座搭接在一起并刪去多余的部分利用同樣的方法可以在右側(cè)再創(chuàng)建一個底座，結(jié)果如圖所示：至此，建模工作全部完成。2.建立有限元模型2.1確定單元類型（1）單擊Main Menu>Preference>Structural，單擊OK。（2）單擊Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete彈出Element Types對話框，單擊Add，彈出Library of Element Types對話框。2.2定義材料屬性單擊Main Menu&

35、gt;Preprocessor>Material Props>Material Models，彈出Define Material Model Behavior窗口，點(diǎn)擊Structural>Linear>Elastic>Isotropic，彈出材料特性對話框，輸入設(shè)計變量EX,PRXY,單擊OK。再單擊Structural>density，輸入Dens，單擊OK。2.3劃分網(wǎng)格單擊Main Menu/Preprocessor/Meshing/MeshTool>Size Controls/Gobal / Set，將精度調(diào)到5級，在Element edge

36、 length 輸入30，單擊OK，單擊Mesh。再在出來的對話框中選擇所要劃分的體，如圖所示。由于結(jié)構(gòu)形狀的多樣性，在許多情況下，由智能尺寸產(chǎn)生的網(wǎng)格并不合適，在這些情況下，進(jìn)行網(wǎng)格劃分時必須做更多的處理。可以通過指定單元尺寸來進(jìn)行更多的控制。本次指定線上的單元邊長為30mm。2.4加載與求解2.4.1 施加約束（在筒體下表面施加約束）Main Menu>Solution>Loads>Apply>Structure>Displacement>On Area，選取筒體下表面，點(diǎn)擊OK,在彈出的對話框中，選擇 All DOF，displacement valu

37、e=0，點(diǎn)擊Ok。2.4.2 施加面載荷假設(shè)本設(shè)備工作壓力5.8MPa，設(shè)計壓力6MPa。Main Menu>Solution>Define Load>Apply>Structural>pressure>on areas,選取圓筒的內(nèi)表面，點(diǎn)擊OK，輸入壓力值6MPa。2.4.3 求解執(zhí)行Main Menu>Solution>Solve>Current LS，出現(xiàn)求解選項(xiàng)和載荷選項(xiàng)信息，以及求解開始對話框，單擊OK，開始求解，直到出現(xiàn)Solution is done則求解成功。2.5 后處理2.5.1 查看變形和應(yīng)力強(qiáng)度(1) 查看變形執(zhí)行

38、Main Menu>General Postproc>Plot Results>Deformed Shape>contour plot>nodal solu>dof solution>displacement vector sum,變形結(jié)果如圖所示：圖2.5.1.1減溫器筒體模型的變形圖由上圖可以看出，筒體的最大變形0.738*10-4（2）查看節(jié)點(diǎn)應(yīng)力強(qiáng)度圖執(zhí)行Main Menu>General Postproc>Plot Results>Contour Plot>Nodal Solu在彈出的對話框中選擇Stress>V

39、on Mises Stress，單擊OK，結(jié)果如下圖所示：圖2.5.1.2減溫器筒體模型的應(yīng)力強(qiáng)度圖由上圖可知，筒體所受到的最大應(yīng)力為114422.5.2 路徑分析(1)定義路徑執(zhí)行Select>Entities>選擇Lines,By Num/Pick,如圖所示：點(diǎn)擊Apply，選擇一條路徑，如圖所示執(zhí)行Select>Entities>選擇Nodes, Attached to執(zhí)行Main Menu>General Postproc>Path Opuerations>Define Path>By Nodes出現(xiàn)選擇點(diǎn)對話框，執(zhí)行Plot>Lines,則剛才選擇的線出現(xiàn)在圖紙上，在該線上均勻的選擇幾個點(diǎn)，如圖所示點(diǎn)擊Apply出現(xiàn)如下對話框，輸入路徑名1，點(diǎn)擊Ok 則路徑1定義完