搜索ANSYS Workbench中應力線性化方法-大開孔壓力容器管箱接管應力的準確計算-連載7
2017-06-03 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
創建應力分類線的2種方法
方法一:
壓力容器應力結果評定時,往往將材料厚度方向的應力拆分為沿著厚度一致的薄膜應力、線性變化的彎曲應力和非線性增量的峰值應力,根據所關注內容進行分別評定。對于采用殼單元的有限元模型,可以直接提取前兩者,對于本文采用實體單元的計算,應采用線性化應力的方法提取。其關鍵操作是創建合適位置的提取線,即Path。本技巧采用兩種方法創建提取線,首先介紹第一種,利用臨時基準點的方式,幫助定位提取線的起點和終點。
該技巧的第一種方法與筆者第一部著作《ANSYS Workbench 結構工程高級應用》中國水利水電出版社出版中,壓力容器案例所采用的方法基本一致;第二種方法與筆者的第二部著作《ANSYS Workbench 工程應用實例詳解》,中國鐵道出版社中,常用操作技巧章節所采用的方法基本一致。
設置Path時,一般采用設置起點和終點坐標的形式進行定位。需要提取的位置往往與幾何模型已有的邊,線等不一定重合,故如何快速的找到合適的坐標值,較為復雜。根據ASME規范第八冊第二卷,不同的模型有著不同的提取位置,本文方便起見,僅以最大應力點為Path的起點,并將終點設置為橫貫材料厚度的對面表面節點上。
由于事先不能知道最大應力點的精確坐標,可以采用打擦邊球的方式,利用Workbench環境中,放大模型后模型旋轉的視覺中心點標志作為臨時基準點,并在其附近創建局部坐標系,再逐漸移動局部坐標系位置至該臨時基準點處,并創建Path,將其起點基準點從默認的整體坐標系更改為局部坐標系再稍稍修正坐標位置的方法,創建十分接近最大應力點處的Path。
為了方便查看視覺中心點是否已十分接近最大應力點,可在應力后處理中將顯示模式設置為顯示單元的方式。并單擊Max圖標,以顯示最大應力點的位置,如圖-92所示。
圖-92 顯示單元
圖-93為同時顯示應力結果云圖和網格線以及最大應力點的結果。其左上角Result中為150,即當前結果是將模型變形放大150倍后顯示的,其不利于視覺中心點的定位,應將其修改為0。
圖-93 最大應力結果
將Result更改為0,并快速雙擊最大應力點Max圖標處,即可生成一個紅色圓球狀圖標,其為旋轉模型時的中心點,即需要的臨時位置信標。如圖-94所示。
圖-94 創建中心點
該中心點無法量化的進行定位,可創建局部坐標系,以方便采用坐標精確定位。單擊Outlie中坐標系系統,向上單擊局部坐標系按鈕創建一個局部坐標系,并將選擇模式更改為選點的方式,回到模型單擊與紅色標記最近的幾何模型上已有的點。如圖-95所示。
圖-95 創建局部坐標系
圖-96為新建的局部坐標系。其橫向為綠色的Y向,與紅色標記點基本在同一平面處。可通過移動Y方向的方式,將該局部坐標系的基準點從已有幾何模型的點上,水平移動到標記點附近。單擊局部坐標系,向上單擊Offset Y。如圖-96所示。
圖-96 移動坐標系
局部坐標系Y軸的左向為正方向,在詳細信息中多次試探性的輸入負數,如-10mm可盡量貼近標記點。如圖-97所示。轉換視角后發現Y方向稍有偏差,如圖-98所示。
圖-97 移動坐標系Y方向
圖-98 稍有偏差
繼續設置Offset,至-12.5mm即可在Y方向與標記點幾乎重合。如圖-99所示。轉換視角后發現,其原點與臨時標記仍有偏差,單擊整體坐標系Y的反方向按鈕,轉換視角,繼續移動坐標系。如圖-100所示。
圖-99 移動坐標系Y方向
圖-100 轉換視角
轉換后可以發現應將局部坐標系的X方向正方向移動和Z方向負方向,用上述方法即可逐漸移動到幾乎重合。如圖-101、102、103、104所示。
圖-101 移動X方向
圖-102 移動完成
圖-103 移動Z方向
圖-104 移動完成
轉換視角后,局部坐標系已經十分貼近臨時坐標點。如圖-105所示。由于需要多次移動,此操作也許需要消耗大量的精力和耐心。下面插入Path。右鍵單擊Outline中創建構造幾何。如圖-106所示。
圖-105 移動完成
圖-106 創建構造幾何
右鍵單擊新建的構造幾何中即可插入Path。如圖-107所示。單擊新建的Path,在詳細信息中將起點的基準坐標從默認的整體坐標系調整為剛剛新建并移動的局部坐標系。如圖-108所示。
圖-107 創建提取線
圖-108 更改坐標系
將起點坐標系修改后,模型上可以生成白色半透明的Path,其方向用紫色半透明箭頭表示。繼續修改終點的坐標系至新建坐標系。如圖-109、110所示。
圖-109 更改坐標系
圖-110 生成的提取線
起點和終點都調整為局部坐標系時,其詳細信息坐標值均為黃色,即缺乏數據。此時Path的起點和終點重合,應修改坐標方向,以利于生成正確的Path。如圖-111所示。回到Outline中單擊局部坐標系,查看其橫向為X方向,回到Path的詳細信息中,修改起點X方向坐標值,生成新的Path。如圖-112所示。由于提前不知道起點和終點坐標的具體值,也許需要多次試探才能在合理位置穿過最大應力點生成Path,而且其長度應十分接近當地的模型壁厚。使得該操作需要十分的耐心與細心。
圖-111 重合的起點與終點
圖-112 輸入起點坐標
此時Path已經十分接近所需位置,為了提高結果提取的精度應將其首位移動到最近的有限元模型節點上。即右鍵Snap操作。如圖-113所示。移動后的坐標如圖-114所示。如果網格劃分較粗,也許移動后的起點或終點與預期位置偏差較大,建議盡量細化網格。
圖-113 移動到鄰近節點
圖-114 移動后的坐標
右鍵創建一個線性化結果。如圖-115所示。
圖-115 設置線性化結果
將新建的線性化應力結果詳細信息中,提取方式Path選擇為剛剛設置的那一個,回到Outline右鍵單擊線性化結果并刷新。如圖-116所示。
圖-116 刷新線性化結果
刷新后線性化結果以云圖方式顯示,其最大值與等效應力結果的最大值一致,而模型則半透明顯示。如圖-117所示。在Outline中,其結果會將薄膜應力等結果統計列表。如圖-118所示。
圖-117 云圖結果
圖-118 列表結果
如需查看完整的結果,可以將下方Graph向上拖拽,即可查看具體數值和折線圖。如圖-119所示。
圖-119 圖表顯示結果
至此,應力線性化結果第一種提取方式介紹完畢。該方法適合于事先不知道具體坐標時的情況,操作非常復雜,需要多次調整位置坐標,可能會耗費相當多的時間創建。
方法二:
下面介紹第二種提取方式,該方法利用Workbench 14.5版本的新功能,直接選中節點的功能,并搭配選擇信息功能,提取以選節點坐標,并在Path中直接輸入該坐標的方法定位。在17.0以上版本,在選擇過濾器中新增了兩個按鈕,即選中節點和選中單元,其相對之前的版本需要將選中幾何模型修改為選中有限元模型再可以選中節點的操作更加便捷。
與上文類似,計算完成后查看最大應力值,并顯示網格和顯示MAX圖標,以方便查看。單擊選擇過濾器中選中節點按鈕,回到有限元模型選中最大應力點的節點,再向上單擊藍色選擇信息按鈕。選中的節點將變成綠色舉行線框狀。如圖-120所示。
在應力結果詳細信息中可以看出,最大應力點出現在6寸法蘭處,在單擊選擇信息按鈕后,左下角詳細信息中有已選節點的坐標、節點編號、所處零件等信息。注意其默認的是以全局坐標系為基準的坐標值,可以通過新建局部坐標并以其為基準提取。圖-121所示。可采用截圖的方法將坐標值臨時保存,或者手工記錄下節點坐標。
圖-120 選中節點
圖-121 節點坐標
在設置Path時即可以此坐標值為起點和終點坐標。這樣可以避免第一種方法中未知坐標而采用中間臨時基準點而盲目移動的問題。下面創建Path,方法同上。如圖-122所示。在Path的詳細信息中,輸入起點的坐標,其與之前選中節點的坐標相同。如圖-123所示。
圖-122 創建Path
圖-123 輸入起點坐標
在輸入任意坐標值時,模型上將自動生成基于已經輸入坐標起點和默認全局坐標系零點終點的Path。由于Path需要橫貫模型截面,輸入終點坐標時可以復制起點的2個方向坐標,將第三個方向的坐標略有改變,以將Path的位置大致定位。如圖-125所示。
圖-124臨時的Path
圖-125大致的坐標
在Path處右鍵并將其移動到鄰近節點。如圖-126所示。移動后的坐標和位置如圖-127所示。其與圖-125的位置差異,主要取決于網格劃分的尺寸。
圖-126 移動到鄰近節點
圖-127 移動后的位置
擁有正確位置的Path以后,即可如方法一所示流程,創建基于該Path的線性化結果。分別如圖-128、129、130所示。
圖-128 創建線性化結果
圖-129 設置Path并刷新
圖-130 線性化結果
圖-119中第一種方法最大應力結果為92.006Mpa,在圖-130中第二種方法是92.061Mpa,而整體模型應力結果中,圖-93為92.076Mpa。此三組結果幾乎一致,說明兩種提取方法的計算精度較好。
本文均采用等效應力的最大應力點為Path的起點位置,其與壓力容器規范評定需求略有不同。本文僅從操作方法和思路上介紹了兩種在特定位置創建應力提取線的方法。在ASME規范第八卷第二分冊第五篇,按分析設計要求中對于評定線位置的要求如下。如圖-131所示。實際進行評定時,應以規范要求為準。
12. 將線性化結果導出Excel
結果提取完畢后,可將沿著路徑方向的各項應力結果復制出來,并輸入第三方數據處理軟件繪圖。將在圖-130中Tabular Data的數據復制出來。右鍵該表格縱向數字1上方灰色方塊,單擊下拉菜單中的Copy將其復制出來。如圖-131所示。
圖-131 應力分類線的位置
圖-132 復制結果
打開Excel并粘貼此數據,并生成一個面積圖。如圖-133所示。
圖-133 生成面積圖
圖-134 為創建出的沿著壁厚變化的各項應力結果面積圖。
圖-134 線性化結果面積圖
至此,本文所介紹的各項技巧完成。
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