基于ANSYSWorkbench软件的球罐有限元分析.docx
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1、基于ANSYS/Workbench软件的球罐有限元分析摘要:运用ANSYS/WorkbenCh对已有的2000m3球罐进行有限元分析。结果表明:地震作用下球罐的变形量最大、受力情况最为复杂,设计时需重点考虑该工况下球罐的支柱及拉杆的应力分布情况;ANSYS/Workbench用于球罐分析计算时比ANSYS/APD1经典版的效率更高、操作性更强。关键词:ANSYS/Workbench;球罐;应力分析球罐作为一种大容量的压力容器,被广泛应用于石油、化工、冶金等部门。它既可以用来作为液化石油气、液化天然气、液氧、液氨、液氮及其他介质的储存容器,也可以用来作为压缩气体(空气、氧气、氮气、城市煤气)的储
2、罐。球罐的操作温度一般为-5050,操作压力一般在3MPa以下。与圆筒容器(即一般储罐)相比,在相同直径和压力下,球罐壳壁的厚度仅为圆筒容器的一半,钢材用量省,且占地较小,基础工程相对比较简单。文中运用ANSYS/Workbeneh有限元分析1软件,对某工程中的2000m3球罐进行强度分析设计验算,以了解球壳及其支柱2在水压试验工况、设计工况以及地震作用工况3下的应力分布情况,判断其用于球罐分析设计时计算结果的可靠性。1设计条件及软件1.1 球罐设计条件球罐基本设计参数和分析计算条件如表1、表2所示。表1基本设计参数公称容朋m充装系数内直径m支柱数目设计压力MPa设计温度/T介质密度(kgm-
3、3)20000.9IS700102.445-26500腐蚀格址mm战本风压Pa基本T压/Pr抗震设防烈度壳体材料上支柱材料下支柱材料1.55504007JGE-HHITEN610U21JGE-HH1TEN610U21Q345D公称容积/m3充装系数内直径mm支柱数目设计压力/MPa设计温度/C介质密度/(kgm-3)20000.915700102.4-45-26500腐蚀裕量mm基本风压/Pa基本雪压/Pa抗震设防烈度壳体材料上支柱材料下支柱材料1.55504007JGE-HHITEN610U21JGE-HHITEN610U21Q345D作者:杨国强,男,1992年出生,助理工程师。Emai1
4、:445044383表2分析计算条件计算温度/设计压力/MPa重力加速度/(mST)地震最大水平加速度/(mST)-262.49.810.9151基本水压试验安全安全风压/Pa压力/MPa系数7?b系数S5503.02.41.5计算温度/设计压力/MPa重力加速度/(ms-2)地震最大水平加速度/(ms-2)-262.49.810.9151基本风压/Pa水压试验压力/MPa安全系数nb安全系数ns5503.02.41.51.2 分析计算软件4WOrkbenCh是ANSYS公司提出的协同仿真环境,解决企业产品研发过程中CAE软件的异构问题4o自ANSYS7.0开始,ANSYS公司推出了ANSYS
5、经典版(ANSYS/APD1)和ANSYS/WorkbenCh两个版本,拥有相同的求解功能。ANSYS/Workbench相对于ANSYS经典版的优势在于:1)集成了很多主流三维软件(UG、Pr集成SO集dWor很等)的接口,采用它们创建好模型后可直接导入到WorkbenCh界面进行网格划分操作,缩短模型的修复时间,对于大型装配体的处理非常方便。2)网格处理比ANSYS经典版方便,通过MESH功能可以快速划分出高质量的网格,大大缩短了模型的网格划分时间。2有限元分析步骤球罐的有限元分析流程如图1所示,分别对球罐的球壳和支柱进行水压试验工况、设计工况以及地震工况进行分析计算;然后,对应力集中部位
6、进行应力线性化操作,判断计算得出的应力强度是否满足材料的许用应力强度5。图1球罐有限元分析流程具体操作步骤如下:D在SO1idWorkS中建立2OoOm3球罐模型的1/20。2)将模型导入到ANSYSZWorkbench的StaticStructure模块中。为了便于后期网格划分,在GeonIry中对模型进行“分块”操作,将模型分割成不同的BOdy。根据球罐对称变形的特点,在Geomry中圆周阵列所有Body形成球罐整体三维模型的12o3)在EngineeringData中设定材料参数,考虑到附件、雪荷载及腐蚀层等的重量,球壳当量密度为8770kgm3,其他材料密度为7850kgm3o4)在M
7、odeI中对模型进行全SWeeP操作,将模型快速划分成全六面体网格。设定球罐赤道带及其上支柱部分的网格尺寸为20mm,其他部位的网格尺寸为2000mm,划分网格后的球罐有限元模型如图2所示,其网格数521623、结点数795136,网格沿球壳厚度方向呈2层分布。图2球罐模型网格5)由于球罐的拉杆在分析计算过程中对球罐只产生拉的作用,不考虑拉杆对支柱的支撑作用。因此,在本模型中可采用Spring单元(纵向弹簧)代替拉杆作用在球罐的支柱之间,如图3所示。通过计算,弹簧的刚度为72600Nmo图3球罐拉杆模型6)施加水压试验工况下模型分析计算的荷载及边界条件。考虑模型的自重、在球壳内壁施加3.OMP
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- 基于 ANSYSWorkbench 软件 有限元分析
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