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CAD/CAE软件实践报告专业班级过程装备与控制工程班级序号学生姓名指导教师成绩长江大学机械工程学院2013—2014学年第二学期 ANSYS软件是融合结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元分析软件，可广泛用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、日用家电等一般工业及科学研究。ANSYS有如下几个模块：结构分析、热分析、电磁分析、流体分析、耦合场分析。本次实习主要是ANSYS在化工装备中的结构分析。结构分析在机械设计中应用非常广泛。结构分析有如下几个方面静力分析：用于静态载荷，可以考虑结构的线性及非线性行为，例如：大变形、应力刚化、接触、塑性、超弹性及蠕变等。模态分析：计算线性结构的自振频率及振形，谱分析是模态分析的扩展，用于计算由随机振动引起的结构应力和应变。谐响应分析：确定线性结构对随时间按正弦曲线变化的响应。瞬态动力学分析：确定结构对随时间任意变化的载荷的响应，可以考虑与静力分析相同的结构非线性行为。特征屈曲分析：用于计算线性屈曲载荷并确定模态形状（结合瞬态动力学分析可以实现非线性屈曲分析）。专项分析：断裂分析、复合材料分析、疲劳分析。本次实习主要是对化工装备进行静力分析和模态分析。掌握ANSYS建模方法和分网方法。加氢反应器裙座支撑区的机械应力分析某加氢精制反应器，设计压力P=8.8MPa，设计温度T=347℃。材料为2Cr-1Mo，弹性模量E=2.0×Mpa，泊松比μ=0.3。设计温度下材料设计应力强度：裙座锻造结构=111.5Mpa，筒体及封头主体=153.7Mpa。设备总重=284000㎏。h型锻件尺寸为R1=1546.5mm，壁厚t1=101mm，球形封头内半径R2=1556.5mm，壁厚t2=66mm，裙座壁t3=29mm，过度圆角半径r=20mm，锻造高度H=568mm。试分析该加氢反应器裙座支撑区的机械应力。分析问题反应器底部的出口管和卸料管呈轴对称结构，模型可以简化为轴对称结构静力分析，所以采用4节点plane182单元，plane182不仅可以用于计算平面应力问题，还可以用于分析平面应变和轴对称问题。GUI过程（1）环境设置建立新文件，设置路径，设置标题，初始化设计变量,Pi=3.1425926 tongt_di=2593筒体内径tongt_t=76 筒体壁厚tongq_h=615筒体到裙座支撑处的高度fengt_t=41封头厚度fengt_di=2613封头内径xyhr1=20 内侧圆弧半径xyhr2=20 外侧圆弧半径h1=1500裙座体高度h2=1000筒体长度xqunz_h=70 h形锻件裙座连接侧直边高度qunz_t=29 fengt_do=fengt_di+2*fengt_t封头外径presi=8.8 内压mass=259000 设备总重exxi=2e5 材料的弹性模量nuxyi=0.3 材料的泊松比presg=4*mass*9.8/(pi*((tongt_di+2*tongt_t)**2-tongt_di**2))设备重力在筒体端部产生的应力presa=presi*(tongt_di**2)/((tongt_di+2*tongt_t)**2-tongt_di**2)内压引起的筒体端部轴向平衡面力（2）定义单元类型及材料单元类型为quod 4 plane 182 ，Element behavior K3下拉列表中选择Axisymmetric，弹性模量设置为exxi，泊松比设置为nuxyi（3）创建模型用自下而上的方法建模（4）划分网格采用自由网格划分，然后局部细化（5）加载与求解内表面施加内压，筒体上端施加与重力等效的压力，裙座底端施加竖直方向的约束，封头对称面施加水平方向的约束。最后求解（6）结果后处理查看节点应力云图。3结果评价筒体及封头（设计应力求强度均满足强度要求，h形锻件（设计应力强度=115.5Mpa）最大应力发生在内过渡圆角处最大值116Mpa，但是整个结构未考虑热应力，需要进行热分析后才能下结论。二?、焦炭塔的模态分析焦炭塔的结构尺寸如图所示，容器规格为Ф7400×30975mm。塔体分为4部分：球形封头，上、下筒体和锥形封头；两个区域：泡沫段和生焦段。泡沫段筒体壁厚为35mm，生焦段筒体壁厚为39mm，上封头为半球形，内半径3700mm，壁厚为35mm。整个塔体由裙座支撑。筒体由多个筒节焊成，锥体由筒节卷焊而成，塔体主体材料为20g，裙座圈板20g，焊缝材料J427，塔体的弹性模量为1.824859E11Pa，密度为7.85E3kg/，泊松比为0.3；焦炭的弹性模量为4.20E8Pa，密度为0