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1、ansys考核作业Ansys结课考核作业导弹发动机药柱承受温度和内压载荷数值模拟姓名：吕创能流水号：s2*学号：s1*专业：车辆工程日期：2014-5-20导弹发动机药柱承受温度和内压载荷数值模拟问题描述：药柱的模型如下图，尺寸如图1所示，单位为mm，假设药柱总长1m。药柱在固化冷却到低温实验时，由于药柱的冷却收缩将使得药柱内部产生残余热应力；同时导弹工作时，药柱的星形内腔将承受压强载荷的作用，因此需要分析药柱在工作过程中的结构完整性，研究确定其受力薄弱的地方。假设药柱为各向同性的弹性材料，设弹性模量为3.5e+6MPa,泊松比为0.499，热膨胀系数为0.652e-6/。图1最大圆的直径是3

2、86mm，星形内腔的圆半径是50mm，星形内腔的长度是238mm，星形内腔的宽是25mm，倒角都是半径为7.5的圆角。第一部分：建立实体模型1、自底向上建立药柱模型 由于药柱的模型在横向上的剖面都一样，所以可以采用先建立横向的平面模型再拉伸得到。平面模型根据对称性可以先建立模型的1/16，然后通过镜像和复制得到。第一步：定义截面上的关键点GUI操作：main menupreprocessormodelingcreatekeypointsin active CS,然后再弹出来的对话框中一次输入关键点1（0,0.193,0），关键点2（0,0.119,0），关键点3（0,0.050,0），关键点4

3、（0,0.0125,0.119），关键点5（00125,0,0）。再转换激活的坐标系为柱坐标系，然后用同样的方法再创建关键点6（0.197,67.5,0）,关键点7（0.050,67.5,0）,然后再回到笛卡尔坐标系。创建的点，如图2图2第二步：由关键点创建线GUI操作：main menupreprocessormodelingcreatelineslinesin active Coord，然后再屏幕上分别单击关键点1和2，连成线1，依次将关键点2和4,4和5,6和7连成线。下一步是创建圆弧，可以采用笛卡尔坐标系中的创建圆弧的命令：main menupreprocessormodelingcr

4、eatelinesarcs，这里可以采用在柱坐标系中创建线，即圆弧。因此将坐标系由笛卡尔坐标系转换成柱坐标系，然后依次连接关键点6和1、关键点3和7，然后再把坐标系还原为笛卡尔坐标系。然后执行下面的操作显示点和线的序号：plotctrlsnumbering。图3下面需要将多余的线删除，以及部分地方创建圆角。这里不能使用之前学习的删除线的方法，那样会直接把整条线都删除掉，我们这里只需要删除一些线的部分，所以这里先做搭接处理，GUI操作：main menupreprocessormodelingoperatebooleansoverlaplines，分别选择线3和线6，单击OK，这时可以发现志气啊

5、的线3和线6 经过搭接操作之后变成了线7，8，9，10，然后直接删除线7和9就得到想要的图形，如图4图4接下来对线2和线8，以及线8和线10进行倒圆角的操作，GUI操作：main menupreprocessormodelingcreatelinesline fillet。单击线2和8，在弹出的窗口中输入半径0.0075，如图5所示。图5用同样的操作对在线8和线10之间倒一个同样半径的圆角，这样药柱的横截面的边界图形就形成了，如图6所示图6 倒角第三步：由线创建面。目前得到的图形仅仅只是由线构成的，需要对这些线进行生成面的操作，GUI操作：main menupreprocessormodeli

6、ngcreateareasarbitraryby lines，在弹出的对话框中选中loop选项，再任意选择一条线，ansys将自动选择该线所在的一条封闭环，单击OK即生成了一个面，如图7所示。图7 由线生成面第四步：由面创建体。该药柱可以通过横截面拉伸得到，这里是沿着Z轴拉伸，所以拉伸的GUI操作：main menupreprocessormodelingoperateextrudeareasby XYZ offset，在弹出的对话框中选择面1，单击OK，然后再在继续弹出的对话框中在第一排的三个格子中分别填上0、0、1，表示在X，Y轴方向偏移0，在Z轴方向上偏移1，单击OK，即生成一个体。此药

7、柱的1/16模型就生成了，如图8所示。图8 拉伸成体第五步：生成全药柱模型。这里首先做一个镜像操作，使这个1/16的模型变成1/8的模型，然后再做复制操作，得到一个完整的药柱模型。首先做镜像操作，GUI操作：main menupreprocessormodelingreflectvolumes，选择刚刚生成的1/16模型，单击OK，然后在弹出的对话框中将镜像面设置成Y-Z平面，然后单击OK，生成1/8模型，如图9所示。然后再将生成的这两个体做复制操作，因为是沿着周向均布分成8个，所以需要重新转换为柱坐标系，再作复制操作。复制的GUI操作：main menupreprocessormodelin

8、gcopyvolumes,选择图中的两个体，单击OK，然后在弹出来的对话框中设置，沿环向偏移45角均布8个，单击OK，最终生成了全药柱模型，如图10所示。图9图10第二部分：导弹发动机药柱模型网格划分首先设定单元属性，由于该问题是药柱受温度和内压载荷作用下的机构分析，所以这里采用比较简单的Solid185单元，该单元是8节点且具有3个位移自由度的六面体单元。GUI操作：main menupreprocessorelement typeAdd/edit/delete,在弹出的对话框中如图11设置，单击OK，即添加了Solid185单元。图11 单元设置接下来设置材料属性，GUI操作：main m

9、enupreprocessormaterial propsmaterial model,在弹出的如图12的对话框中的地方设置材料的线弹性属性，在弹出的对话框中如图13设置药柱材料的线弹性参数。图12 材料属性设置图13 线弹性材料参数输入其中EX代表弹性模量，PRXY代表泊松比。除此之外还要设定材料的热膨胀系数，如图14，进入热膨胀系数设置，在弹出的图15中，将参考温度设为58度，热膨胀系数设为0.652e-4,单击OK完成材料属性设置。图14 热膨胀系数设置图15 热膨胀系数输入由于该模型只有药柱一种材料，所以也只采用一种单元，接下来划分网格，这里为了便于计算，先把网格划分的粗一些，这里采用

10、的是只能网格划分的方法划分网格。GUI操作：main menupreprocessormeshingmesh tool,如图16，在弹出的对话框中选中Smartsize,默认的为6，程序会自动的设置一系列独立的控制值来生成想要的网格大小，初步划分出网格，如图17。图16 Smartsize设置图17 分网后的模型智能分网系统会根据模型的尺寸自己设置网格的大小，并在局部区域加密，所以智能程度较高，但是往往不好控制网格的分布大小，划分不出自己需要的网格。第三部分：施加载荷药柱模型在受到温度载荷之外，在点火过程中承受的内压载荷。第一步：设定分析类型，GUI操作：main menupreprocess

11、orloadsanalysis typenew analysis,由于该问题是做瞬态分析，所以在弹出的对话框中选择Transient。第二步：施加约束条件，首先施加外表面的位移约束，GUI操作：main menusolutiondefine loadsapplystructuraldisplacementon areas,然后选择药柱外表面，在弹出的对话框中约束掉所有的位移。如图18所示。图18 外表面位移约束两端面位移约束。同上操作，将两端面的轴向位移（UZ）约束掉。对称面约束。GUI操作：main menusolutiondefine loadsapplystructuraldisplac

12、ementsymmetry B.C.on areas,然后选择药柱的两个对称面，单击OK完成对称约束设置。第三步：施加温度载荷。因为是多载荷步，所以施加完之后需要将该载荷步保存。将该载荷步的约束时间设为1e-6,GUI操作：main menusolutionanalysis typesoln control,弹出的对话框中在Time at end of loadstep 项中输入1e-6，在number of substeps 项中输入1（表示只设定一个子步），如图19所示。首先将温度的单位定义为摄氏温度，GUI操作：main menuprofessormaterial propstemper

13、ature units,选择Celsius，如图20所示。温度载荷为体载荷，由于降温到-40，因此药柱会因为冷却收缩在药柱内部产生残余热应力。施加温度载荷的时候，我们首先需要制定参考温度（零应力温度），GUI操作：main menusolutiondefine loadssettingreference temp,在弹出的对话框中输入参考温度58，如图21所示。图19 求解控制图20 温度单位设置图21 参考温度输入 施加温度体载荷的GUI操作:main menusolutiondefine loadsapplystructuraltemperatureon volumes,在弹出的对话框中输

14、入温度载荷为常数值-40，如图22所示，至此完成温度载荷施加的全部过程。图22 温度载荷输入然后保存此载荷步。GUI操作：main menuprofessorloadsload step optswrite ls file,在弹出的对话框中输入1，如图23所示，这是可以发现文件夹中多出了一个grain.01文件，这个文件保存了这一载荷步的信息。图23 写入载荷步第四步：施加压强载荷。根据本问题压强载荷的特点，可以分为3个载荷步加载，分别对应于时间点0.2s、0.3s和1s。定义0.2s时的载荷步。在求解控制Basic标签中，在Time at end of loadstep中输入0.2，在Num

15、ber of substeps中输入5（子步数）。在求解控制Transient标签中，选择Ramped loading(坡度载荷)。施加压强载荷GUI操作:main menusolutiondefine loadsapplystructuralpressureon on lines,分别选择内腔的几个表面，单击OK，在弹出的对话框中输入压强常数值为17.702MPa,如图24所示。最后保存问载荷步2。图24 压强载荷输入同理讲0.3s和1s对应的载荷步分别保存为3、4，子步数分别为2和5。至此施加载荷已经完全结束，为更洁净实际情况，载荷步四的压强载荷设置为阶跃载荷。第五步：控制输出选项。GUI

16、操作:main menusolutionload step optsoutput ctrlssolu printout，在弹出的对话框中选择every substep，表示输出每一子步的结果，如图25所示。图25 输出控制第四部分：求解多载荷步求解，因为之前在施加载荷时已经分别保存了每一个载荷步的信息，所以在进行求解的时候需要将之前的载荷步文件重新读入，GUI操作:main menusolutionfrom ls files，在弹出的对话框中，讲lsmin设定为1（起始载荷步），lsmax设定为4（终止载荷步），lsinc设定为1（载荷步递增数），如图26所示，单击OK即可以进行多载荷步文件的

17、求解。图26 载荷步文件设置第五部分：后处理通用后处理器由于该问题共有四个载荷步，所以对应的分析结果也有多个，这里只取第二个载荷步进行后处理分析，其他载荷步的后处理分析类似。通用后处理器的GUI操作:main menugeneral postproc。第一步：读入载荷步分析结果。GUI操作:main menugeneral postprocread resultsby load step，弹出的对话框中，如图27所示，在load step number中填入2（第二个载荷步），单击OK即将第二个载荷步的分析结果读入数据库中。图27 读入指定载荷步的设置也可以用其他的方式读入载荷步分析结果，GU

18、I操作:main menugeneral postprocread resultsby pick，可以列出结果文件里的所有载荷步，选择指定的载荷步，如图28所示，单击read后，读入的就是指定的载荷步的分析结果。第二步：绘制结构变形图。GUI操作:utility menuplot resultsdeformed shape，弹出如图29所示的对话框，其中def shape only表示只显示变形后的图形，def+undeformed表示显示变形后和变形前的图形，def+undef edge表示显示变形后的和变形前的轮廓。在这里我们选择最后一个，拉爱对比受力前后的结构，单击OK，如图30所示变形

19、前后的变形轮廓。图28 读入指定载荷步的分析结果图29 变形显示设置图30 放大后的变形图第三步：设置变形比例放大因子。对小变形分析，ansys默认的是变形设置是放大后的变形状况，为了得到实际的变形，可以设置变形的比例放大因子，GUI操作:utility menuplot ctrlsstyledisplacement scaling，弹出如图31所示，选择1.0（true scale）,表示真实的变形显示，如图32所示。图31 变形比例因子设置图32 实际的变形图第四步：云图显示结果。为了更形象的显示整个分析结果，将结果放到柱坐标系显示，GUI操作:main menugeneral postp

20、rocoptions for outp，弹出如图33所示的对话框，将result coord system设置成global cylindric(柱坐标系)。图33 结果坐标系设置节点云图显示GUI操作:main menugeneral postprocplot resultscontour plotnodal solu，弹出的对话框如图34，选择nodal solutiondof solutiondisplacement将显示结构总位移图，如图35，也可以设置各个坐标方向的位移图，值得注意的是对该对话框同样可以设置变形放大比例因子。图34 云图显示设置图35 总位移变形云图第五步：列表显示结

21、果。GUI操作:main menugeneral postproclines resultsnodal solution，该操作可以列表显示指定节点的值。比如要列表显示翼尖倒角处沿线上的节点Von mises应力，可以按照如下操作来完成：选择翼尖倒角的线。GUI操作:selectentities，讲弹出的对话框设置如图36所示，单击OK，选择翼尖倒角的线13。选择翼尖倒角线上的节点。GUI操作:selectentities，将弹出的对话框设置如图37所示，单击OK，这样选择了所有依附于该线上的节点。 图36 选择线操作 图37 选择节点操作列表显示节点值。GUI操作:main menugeneral postproclist resultsnodal solution，在弹出的对话框中选择stressvon mises stress，单击OK将得到这些节点的应变结果列表。