МОДЕЛИРОВАНИЕ ПАТРУБКА С УСИЛИВАЮЩЕЙ НАКЛАДКОЙ
В данной работе рассматриваются подходы моделирования в универсальной программной системе конечно-элементного анализа ANSYS распространенного элемента сосудов – патрубка с усиливающей накладкой (воротником).
Моделирование данных элементов сосуда с использованием твердотельных элементов (SOLID) является наиболее точным, но требует существенных временных затрат. Однако подобные элементы сосудов можно моделировать и с использованием оболочечных элементов (SHELL), при этом получая удовлетворительные результаты по точности и значительно сокращая временные затраты.
Для определения оптимального способа моделирования было проведено четыре машинных эксперимента cразличными методами построения указанного выше элемента сосуда (табл. 1).
Табл. 1. Методы построения
Тип элемента | Значение аргумента для SECOFFSET* | Обозначение | |
обечайка, патрубок, заглушка | накладка | ||
SHELL | MID | MID | shell_mid |
SHELL | BOT | BOT | shell_bot |
SHELL | MID | USER | shell_mu |
SOLID | - | - | solid |
Моделируемый элемент сосуда имеет следующие геометрические размеры:
-внутренний диаметр обечайки Dвн = 3980 мм;
-внутренний диаметр патрубка = 480 мм;
-диаметр усиливающей накладки = 800 мм;
-толщина обечайки, патрубка, заглушки и усиливающей накладки = 20 мм.
Результаты расчета моделей оценивались по двум параметрам:
- UZ – перемещения по оси Z;
- SINT– эквивалентные напряжения по теории наибольших касательных напряжений (III теория прочности).
На рис. 1 и 2 представлены оболочечная и твердотельная модели с указанием основных компонентов.
Рис. 1. Оболочечная модель | Рис. 2. Твердотельная модель |
В табл. 2 представлена схема и конечно-элементная сетка моделей.
Табл. 2. Модели
Название | Схема | Сетка |
shell_mid | ||
shell_bot | ||
shell_mu | ||
solid | ||
- осевая линия обечайки; |
Результаты расчетов сведены в табл. 3 и 4**.
Табл. 3. Карта распределения UZ, [м]
Название | Масштабный коэффициент 300 | Масштабный коэффициент 1 | |
shell_mid | |||
shell_bot | |||
shell_mu | |||
solid |
Табл. 4. Карта распределения SINT (масштабный коэффициент 1), [Па]
Название | Вид №1 | Вид №2 | Шкала |
shell_mid | |||
shell_bot | |||
shell_mu | |||
solid | |||
shell_mid | |||
shell_bot | |||
shell_mu | |||
solid |
Выводы:
1) Перемещения в моделях shell_bot и shell_mu качественно и количественно похожи на solid, только отличаются зоны с максимальными перемещениями (обозначено ).
2) Место с максимальными напряжениями (MX) у моделей shell_mid и shell_mu совпадает с solid (обозначено ).
3) Напряжения в модели shell_mu качественно и количественно совпадает с solid (обозначено ).
4) Модель shell_bot имеет проблемы на границах закрепления (обозначено ).
Заключение:
1) При моделировании целого объекта необходимо использовать оболочечный элемент (SHELL) с SECOFFSET,MID для построения обечаек, патрубков, заглушек и с SECOFFSET,USER для построения накладок (модель shell_mu).
2) Для более точной оценки напряжений в зоне патрубка возможно дополнительно проводить субмоделирование.
*Примечание:
SECOFFSET – команда ANSYS.
**Примечание:
При выводе результатов в оболочечных моделях (shell_mid, shell_bot и shell_mu) была использована команда SHELL,TOP (SHELL,BOT).
скачать "МОДЕЛИРОВАНИЕ ПАТРУБКА С УСИЛИВАЮЩЕЙ НАКЛАДКОЙ" |
Дополнительная информация.
Граничные условия для различных расчетных схем идентичны и представлены в табл. 5.
Табл.5. Граничные условия
Внутреннее давление | Ограничение степеней свободы |