ansys课程设计.docx
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ansys课程设计
课程设计任务书
学生姓名：
专业班级：
指导教师：
工作单位：
题目：
中压闪蒸槽筒体平面应变模型的耦合场分析（温度载荷）
初始条件：
设计温度1：
150℃，环境温度：
20℃，换热系数：
30w/（m2.℃）
分析算例各项参数见任务书附件，ANSYS有限元分析软件，运算机
要求完成的要紧任务：
1.针对给出的分析算例，利用ANSYS软件对其具体问题进行正确的有限元分析，并将GUI详细的分析进程写入计算分析报告；
2.将GUI分析进程编辑并保留为命令流程序，附说明并使之能正确运行；
3.编写详细的计算分析报告（包括问题描述、所用单元介绍、几何模型的成立、有限元分析模型的成立进程、边界条件的施加进程、问题求解和结果后处置），结果分析讨论要充分，将其打印装订并上交作为评分的依据。
时刻安排：
1.查阅资料，熟悉相关分析问题，确信分析类型；1天
2.针对给出的分析算例成立正确的有限元模型；2天
3.完成加载、求解并取得正确的计算结果；2天
4.对计算结果进行后处置，包括应力云图、途径曲线等；1天
5.将GUI分析进程编辑保留为命令流程序，并对其进行调试；1天
6.依照任务书的要求和课程设计的格式编写详细的计算分析报告；2天
7.进行答辩质疑工作。
1天
指导教师签名：
2020年6月11日
系主任（或责任教师）签名：
2020年6月11日
图一、中压闪蒸槽的模型
内衬材料结构与计算参数
一、中压闪蒸槽（Φ5800/Φ5374，T-T=7120，搪铅6mm）
砖结构
两层耐酸耐温高级陶砖，从壳壁至中心砖层厚度依次为：
60+131mm；
陶砖规格别离为：
外层：
230（轴向）×203（环向）×60（径向）；
内层：
230（轴向）×65（环向）×131（径向）。
胶泥
从壳壁至中心依次为DolitFQ+Dolit788；
每层砖之间胶泥厚度为6mm；每一个砖缝之间胶泥厚度为4mm（环向砖缝和垂直砖缝）
隔离层
钢壳体与最外层砖之间设置隔离层：
即6mm厚的铅；4mm陶瓷纸。
载荷
设计压力1：
设计温度1：
150℃，环境温度：
20℃，换热系数：
30w/（m2.℃）
表：
应力分析所需相关材料的性能参数
材料品种
壳体
钢材
陶砖
胶泥
铅
陶瓷纸
VP788
FQ
1
抗拉强度MPa
7~8
5
5
2
抗弯强度MPa
17~18
3
抗压强度MPa
120~150
52
60
4
弹性模量GPa
210
15
6
6
16
5
5
线胀系数10-6C-1
12
5
13
24
6
6
导热系数W/
42
2
35
7
泊松比
8
密度kg/m3
7800
2300
1600
1900
11300
2000
9
厚度mm
50
中压闪蒸槽筒体平面应变模型的耦合场分析（温度载荷）
一、问题描述
某种中压闪蒸槽从内到外别离由陶砖，胶泥（包括VP788和FQ），陶瓷纸，铅和刚壳体组成，内层接触热空气，外层接触空气（室温），求这种中压闪蒸槽筒体平面应变模型的耦合场分析（温度载荷）。
闪蒸槽尺寸散布及各类内衬材料参数及载荷见上图及表
问题分析
该问题属于平面应变热应力耦合场问题，依照筒体平面的对称性，可选取1/4筒体平面模型作为分析，成立几何模型。
在本耦合场问题中，可选取直接耦合法进行求解。
直接耦合法利用包括所有必需自由度的耦合单元类型，仅仅通过一次求解就能够得出耦合场分析结果。
在这种情形下，耦合是通过计算包括所有必需项的单元矩阵或单元载荷向量来实现的。
由于本问题是热-结构耦合分析，因此可选取PLANE13单元进行耦合场分析。
具体的PLANE13单元介绍见下表。
耦合场分析单元PLANE13单元介绍
单元说明
应用说明
单元形状
PLANE13
耦合场：
热-应力
单元维度：
二维
节点数：
4
自由度：
温度，结构位移，电压，矢量磁位
PLANE13具有二维磁、热、电、压电和结构场分析能力，并能在各场之间实现有限的耦合。
本单元有4哥节点，每个节点最多具有4个自由度。
本单元具有为B-H曲线或永磁体退磁曲线建模的非线性磁能力。
该单元具有大变形和应力刚度能力。
在用于单纯结构分析时，改单元也具有大应变能力。
二、GUI进程：
设置环境
设置工作目录
在通用菜单当选择File>ChangeJobname命令，输入fxm，然后点击OK。
设置工作题目。
在通用菜单当选择File>ChangeTitle命令，输入fengxiaoming，然后点击OK，在通用菜单当选择Plot>Replot显示工作题目。
概念单元类型
在主菜单当选择preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete命令，单击Add…,显现LibraryofElementTypes对话框，选择的plane43单元。
，然后单击OK。
显现ElementType对话框，选择Options…然后弹出如以下图所示对话框，在ElementdegreesoffreedomK1当选择UXUXTEMPAZ，其他的默许不变，然后点击OK。
最后点击close。
设置坐标系
在通用菜单当选择Workplane>ChangeActiveCSto>GlobalCylindrical
、概念材料属性
陶砖的材料属性
在主菜单当选择Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels命令，弹出材料属性概念对话框，选择MaterialModelsAvailable>Structural>Linear>Elastic>Isoprotic选项，双击，显现对话框，在EX中输入陶砖的弹性模量15e9，在PRXY中输入泊松比，然后选择OK。
选择MaterialModelsAvailable>Structural>Density选项，双击，弹出对话框，在DENS中输入陶砖的密度2300,然后选择OK。
选择MaterialModelsAvailable>Structural>ThermalExpansion>SecantCoefficient>Isoprotic选项，双击，显现对话框，在APLX中输入陶砖的线胀系数5e-6，然后选择OK。
选择MaterialModelsAvailable>Thermal>Conductivity>Isoprotic选项，双击，显现对话框，在KXX中输入陶砖的导热系数，然后选择OK。
胶泥VP788的材料属性
在材料属性概念对话框中菜单当选择Material>NewModels…命令，弹出对话框，在DefineMaterialID中输入2,然后点击OK，选择MaterialModelsAvailable>Structural>Linear>Elastic>Isoprotic选项，双击，显现对话框，在EX中输入胶泥VP788的弹性模量6e9，在PRXY中输入泊松比，然后选择OK。
选择MaterialModelsAvailable>Structural>Density选项，双击，弹出对话框，在DENS中输入胶泥VP788的密度1600,然后选择OK。
选择MaterialModelsAvailable>Structural>ThermalExpansion>SecantCoefficient>Isoprotic选项，双击，显现对话框，在APLX中输入胶泥VP788的线胀系数13e-6，然后选择OK。
选择MaterialModelsAvailable>Thermal>Conductivity>Isoprotic选项，双击，显现对话框，在KXX中输入胶泥VP788的导热系数2，然后选择OK。
胶泥FQ的材料属性
在材料属性概念对话框中菜单当选择Material>NewModels…命令，弹出如下图对话框，
在DefineMaterialID中输入3,然后点击OK，选择MaterialModelsAvailable>Structural>Linear>Elastic>Isoprotic选项，双击，显现对话框，在EX中输入胶泥FQ的弹性模量6e9，在PRXY中输入泊松比，然后选择OK。
选择MaterialModelsAvailable>Structural>Density选项，双击，弹出对话框，在DENS中输入胶泥FQ的密度1900,然后选择OK。
选择MaterialModelsAvailable>Structural>ThermalExpansion>SecantCoefficient>Isoprotic选项，双击，显现对话框，在APLX中输入胶泥FQ的线胀系数24e-6，然后选择OK。
选择MaterialModelsAvailable>Thermal>Conductivity>Isoprotic选项，双击，显现对话框，在KXX中输入胶泥FQ的导热系数，然后选择OK。
陶瓷纸的材料属性
在材料属性概念对话框中菜单当选择Material>NewModels…命令，弹出如下图对话框，
在DefineMaterialID中输入4,然后点击OK，选择MaterialModelsAvailable>Structural>Linear>Elastic>Isoprotic选项，双击，显现对话框，在EX中输入陶瓷纸的弹性模量5e9，在PRXY中输入泊松比，然后选择OK。
选择MaterialModelsAvailable>Structural>Density选项，双击，弹出对话框，在DENS中输入陶瓷纸的密度2000,然后选择OK。
选择MaterialModelsAvailable>Structural>ThermalExpansion>SecantCoefficient>Isoprotic选项，双击，显现对话框，在APLX中输入陶瓷纸的线胀系数6e-6，然后选择OK。
选择MaterialModelsAvailable>Thermal>Conductivity>Isoprotic选项，双击，显现对话框，在KXX中输入陶瓷纸的导热系数，然后选择OK。
铅的材料属性
在材料属性概念对话框中菜单当选择Material>NewModels…命令，弹出如下图对话框，
在DefineMaterialID中输入5,然后点击OK，，选择MaterialModelsAvailable>Structural>Linear>Elastic>Isoprotic选项，双击，显现对话框，在EX中输入铅的弹性模量16e9，在PRXY中输入泊松比，然后选择OK。
选择MaterialModelsAvailable>Structural>Density选项，双击，弹出对话框，在DENS中输入铅的密度11300,然后选择OK。
选择MaterialModelsAvailable>Structural>ThermalExpansion>SecantCoefficient>Isoprotic选项，双击，显现对话框，在APLX中输入铅的线胀系数，然后选择OK。
选择MaterialModelsAvailable>Thermal>Conductivity>Isoprotic选项，双击，显现对话框，在KXX中输入铅的导热系数35，然后选择OK。
壳体钢材的材料属性
在材料属性概念对话框中菜单当选择Material>NewModels…命令，弹出如下图对话框，
在DefineMaterialID中输入6,然后点击OK，选择MaterialModelsAvailable>Structural>Linear>Elastic>Isoprotic选项，双击，显现对话框，在EX中输入壳体钢材的弹性模量210e9，在PRXY中输入泊松比，然后选择OK。
选择MaterialModelsAvailable>Structural>Density选项，双击，弹出对话框，在DENS中输入壳体钢材的密度7800,然后选择OK。
选择MaterialModelsAvailable>Structural>ThermalExpansion>SecantCoefficient>Isoprotic选项，双击，显现对话框，在APLX中输入壳体钢材的线胀系数12e-6，然后选择OK。
选择MaterialModelsAvailable>Thermal>Conductivity>Isoprotic选项，双击，显现对话框，在KXX中输入壳体钢材的导热系数42，然后选择OK。
关闭对话框
、成立模型
成立内层陶砖和胶泥VP788的模型
在主菜单当选择Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Circle>ByDimensions，弹出如下图对话框，在RAD1中输入，在RAD2中输入,THETA1中输入0,THERA2中输入。
最后点击Apply，显现对话框，从从上到下依次输入,,,。
图二、陶瓷与胶泥的模型
复制内层陶砖
在主菜单当选择Preprocessor>Modeling>Copy>Areas，显现CopyAreas对话框，单击PickAll,在对话框中输入复制份数为62份，DY中输入。
然后在主菜单当选择Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Circle>ByDimensions，弹出如下图对话框，在对话框中输入图中所示的数据，最后点击Apply，然后再对话框中从上到下输入,,,90，最后点击Apply。
输入胶泥VP788模型
在弹出的对话框中别离输入,,0,90，然后点击OK。
输入外层陶砖模型
在主菜单当选择Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Circle>ByDimensions，弹出对话框，在对话框中输入,,0,，最后点击Apply，继续在对话框中输入,,,，最后点击Apply。
复制外层陶砖
在主菜单当选择Preprocessor>Modeling>Copy>Areas，显现CopyAreas对话框，输入“127,128”单击OK,在对话框中输入复制份数21，在DY中输入，然后点击Apply。
输入外层剩余陶砖
在弹出的对话框中输入,,,90，然后点击Apply。
输入胶泥FQ的模型
弹出的对话框中输入,,0,90，然后点击Apply。
输入陶瓷纸模型
弹出的对话框中输入,，然后点击Apply。
输入铅的模型
弹出的对话框中输入,，然后点击Apply。
输入刚壳模型
弹出的对话框中输入,，然后点OK.
图3、整体模型局部放大图
粘合
在主菜单当选择Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Areas>Glue>Areas,在弹出的对话框中单击PickALL。
所建模型如以下图所示
图4、整体模型图
、给每一个单元附属性
给陶砖附属性
在主菜单当选择Preprocessor>Meshing>Model>MeshTool,弹出MeshTool对话框，在ElementAttributes当选择Areas，然后单击set，显现ElementAttributes对话框，用鼠标选择陶砖，然后点击OK，显现ElementAttributes对话框，在MATMaterialnumber当选择1，见以下图，其他不变。
给胶泥VP788附属性
在主菜单当选择Preprocessor>Meshing>Model>MeshTool,弹出MeshTool对话框，在ElementAttributes当选择Areas，然后单击set，显现ElementAttributes对话框，用鼠标选择内层的胶凝VP788，然后点击OK，显现ElementAttributes对话框，在MATMaterialnumber当选择2，然后点击OK。
给胶泥FQ附属性
在主菜单当选择Preprocessor>Meshing>Model>MeshTool,弹出MeshTool对话框，在ElementAttributes当选择Areas，然后单击set，显现ElementAttributes对话框，用鼠标选择胶泥FQ，然后点击OK，显现ElementAttributes对话框，在MATMaterialnumber当选择3，然后点击OK。
给陶瓷纸附属性
在主菜单当选择Preprocessor>Meshing>Model>MeshTool,弹出MeshTool对话框，在ElementAttributes当选择Areas，然后单击set，显现ElementAttributes对话框，用鼠标选择陶瓷纸，然后点击OK，显现ElementAttributes对话框，在MATMaterialnumber当选择4，然后点击OK。
给铅附属性
在主菜单当选择Preprocessor>Meshing>Model>MeshTool,弹出MeshTool对话框，在ElementAttributes当选择Areas，然后单击set，显现ElementAttributes对话框，用鼠标选择铅，然后点击OK，显现ElementAttributes对话框，在MATMaterialnumber当选择5，然后点击OK。
给刚壳体附属性
在主菜单当选择Preprocessor>Meshing>Model>MeshTool,弹出MeshTool对话框，在ElementAttributes当选择Areas，然后单击set，显现ElementAttributes对话框，用鼠标选择壳体钢材，然后点击OK，显现ElementAttributes对话框，在MATMaterialnumber当选择6，然后点击OK。
、划分网格
在主菜单当选择Preprocessor>Meshing>Model>MeshTool,弹出MeshTool对话框，在SizeControl当选择Lines，然后单击set，在弹出的对话框当选择PickALL，显现ElementSizesonpickedlines对话框，在SIZEElementdegelength中输入，点击OK。
在MeshTools中点击Mesh，在MeshAreas对话框中点击pickall。
网格划分如下图。
图5网格划分图
图六、网格划分局部图
、施加载荷，边界条件及后处置
设置环境温度
在主菜单当选择Solution>DefineLoads>Settings>MeshTool>ReferenceTemperature,显现ReferenceTemperature对话框，输入20，点击OK。
施加温度载荷
在主菜单当选择Solution>DefineLoads>Apply>Thermal>Convection>Onlines,选择最外边的一条线，弹出如下图对话框，在VALI中输入换热系数30，在VAL2I中输入外壁温度20，点击OK.
在主菜单当选择Solution>DefineLoads>Apply>Thermal>Convection>Onlines,选择最里面的所有线，弹出如下图对话框，在VALI中输入换热系数30，在VAL2I中输入内壁温度150，点击OK.
施加位移约束
在主菜单当选择Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>Onlines,显现ApplyUROTOnLines对话框，选择最左侧的线，然后点击OK，显现ApplyUROTOnLines对话框，选择UX，然后点击OK。
在主菜单当选择Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>Onlines,显现ApplyUROTOnLines对话框，选择最下边的线，然后点击OK，显现ApplyUROTOnLines对话框，选择UY，然后点击OK。
图7、载荷施加图
、求解
在主菜单当选择Solution>Solve>CurrentLS命令，，弹出SolveCurrentLoadStep对话框，单击OK按钮。
、进入后处置并观看结果
整体位移分析
在主菜单当选择GeneralPostproc>PlotResults>ContourPlot>NodolSolu,显现ContourNodolSolutionData对话框，选择DOFSolution>Displacementvectorsum，点击OK,显示位移云图。
图八、筒体平面应变模型在整体柱坐标中的位移云图
结果分析：
由于结果的对称性，该筒体位移程呈对称散布，即环向位移相等。
筒体部份整体模型径向合位移最大为，出此刻筒体的外壁，最小位移在筒体内侧为；位移都不算大，同时，由于加的约束为柱坐标中的环向约束，温度是内侧高，外侧低，故外侧位移较大，由于线膨胀系数均不太大，能够看到，数值较小，在工程上能够同意，故结果有必然意义。
整体温度分析
在ContourNodolSolutionData对话框中，选择选择DOFSolution>NodolTemperature，点击OK,显示温度云图
图九、整体温度云图
结果分析：
由整体温度云图上能够看出，内壁的温度为143℃，接近筒体内气体的温度150℃，最外层的刚壳体的温度为27℃，接近室温20℃，筒体从内层到外层温度慢慢变低，符合逻辑。
整体应力云图
在ContourNodolSolutionData对话框中，选择选择Stress>vonmisesstress，点击OK,显示应力云图。
图10、整体径向应力云图
图1一、整体环向应力云图
结果分析：
整体模型径向最大拉应力为73Mpa，最小拉应力为，在径向砖要紧受压，钢壳要紧受拉且受力不大，而砖是耐压的，从强度设计来看是比较合理的。
3、各层材料的应力分析讨论
陶砖的应力分析
图1二、陶砖的环向应力云图
图13、陶砖的径向应力云图
结果分析：
陶砖环向的最大拉力为3MPa，最大压力为9MPa，应力由中心层向外
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