圓筒結構的案例
港珠澳大橋設計之美-1
鋼圓筒的廣泛應用前景
深插大直徑鋼圓筒結構在大水深、厚軟基環境中具有開挖少、穩定好、工期快、環保優等優勢，具備對不均勻土層糾偏能力，尤其是具有可靠的止水防漏砂功能，采用類似鋼管樁的防腐措施，可滿足50年的使用壽命要求，在防波堤、護岸、碼頭、人工島等結構的建設中具有廣闊的使用前景。
ANSYS土工結構計算案例
、波浪與地基的相互作用分析（大圓筒作為重力式碼頭結構，波浪為水平動荷載，門吊為豎向動荷載，地基為三層以上地基包括自拋碎石墊層、粘土層、粉細砂層和巖層，粉細砂層可能在波浪動荷載作用下液化造成圓筒傾覆）
題目三：（沖擊荷載下）強夯地基固結有限元分析（提供固結方程或固結方程處理方案，孔隙水壓力消散計算方案、沉降計算方案及其他一些處理技巧）
題目四：在降雨情況下土工格柵加筋土擋墻邊坡上公路穩定分析（由上至下為公路面層，墊層，擋墻，擋墻面板采用預制混凝土塊0.6′0.6′0.6m3，混凝土后方為鉤掛式土工格柵，邊坡比較陡，邊坡有一定排水特性）。
【儲罐設計①】- 儲罐簡介及分類
2.2 地下儲罐
常用的地下儲罐，有立式圓筒形及臥式圓筒形兩種，由于儲罐設置在地面以下，所以土壤的地質條件、腐蝕性以及地下水的情況，是地下儲罐結構設計時主要考慮的因素。
①立式圓筒形儲罐：地下立式圓筒形儲罐的頂板、壁板以及底板，一般情況下多采用鋼筋混凝土結構，為了防止儲存介質的滲漏，儲罐的壁板及底板的內側襯一層鋼板，這種結構的儲罐，施工技術較為復雜、要求嚴格施工周期較長、投資較大。
②臥式圓筒形儲罐：煉油、石油化工企業及油庫中，常用直接埋于地下的臥式筒形儲罐，多為普通碳鋼鋼板制造，由于實際需要的容積不大（大多小于50M3)故便于廠家整體制造、運輸及施工。
展開 ANSYS Mechanical拓撲優化功能在結構設計中的應用
其特點是引入假設材料密度定義為設計變量，并人為定義材料應力、彈性模量等物理參數與假設材料之間的關系式，優化時單元的相對密度處于0和1之間連續變化，通過密度變量顯示材料的最優分布來實現結構的拓撲優化。
變密度法設計變量較少，計算求解過程較簡單，計算效率較高，大多應用于解決工程實際問題， 特別適合對解決多工況受力結構、復雜三維結構的拓撲優化問題。
4 ANSYS Mechanical拓撲優化模塊
ANSYS在R18版本后對拓撲優化功能進行了改進加強，推出了完整的拓撲優化模塊(Topology Optimization)，并且對于該模塊與其他模塊之間的協同仿真流程進行了梳理與加強，使用起來會更加方便。
拓撲優化模塊可以在靜力分析或模態分析后進行，可以保護綁定接觸關系，只能針對2D或3D實體模型。優化目標可以是：最小柔度（剛度最大化），最大固有頻率，最小質量或體積等；約束條件主要有：質量、體積、等效應力、位移、固有頻率等。并且優化后的模型可以直接導出，并進行優化后模型的分析與驗證。
5 ANSYS Mechanical拓撲優化實例
5.1 優化分析流程
下面以某個受內部壓力的圓筒結構為對象，對其進行拓撲優化。在進行拓撲優化前，先對該結構進行靜力分析，得到靜力分析結果，然后在靜力分析基礎上進行拓撲優化，計算流程如圖1所示。
圖1 拓撲優化流程圖
5.2 約束及加載
圓筒內部施加750psi內壓，圓筒外法蘭盤上的安裝孔上施加固定約束。
展開 
爆炸仿真又一利器ANSYS AUTODYN介紹 附AUTODYN工程動力分析及應用實例下載
普通的一階Euler方法主要用于解決流固耦合、氣固耦合問題；而高階多物質Euler-Godunov求解器主要用于模擬爆轟波的形成、傳播以及對結構的沖擊響應等，還可以模擬氣泡的膨脹、壓縮和射流的形成以及空泡水錘效應、淺水效應等；高階單物質Euler-FCT求解器主要用來進行計算爆轟波的傳播，在計算效率上，由于不考慮物質的輸送所以要比Euler-Godunov快。
由于ANSYS AUTODYN采用比普通一階Euler更精確的高階Euler求解技術，所以在水下爆炸模擬中能更接近試驗數據，計算結果如圖1、2所示：
圖1 用Euler-Godunov求解器模擬水下爆炸沖擊波傳播及圓筒結構響應
圖2 試驗值與數值計算結果比較
計算結果映射（Remap）技術
傳統的某些顯式有限元軟件雖然能夠模擬爆炸沖擊波與結構的相互作用，然而計算資源大量消耗在流體單元中，因此只能進行近場爆炸局部結構的破壞，對于遠場爆炸以及整船的爆炸動響應計算非常困難，難以在工程中應用。
ANSYS AUTODYN提供的Remap技術，可以把三維計算問題的某初始時間段在一維中模擬，然后把一維結果映射到三維數模中再繼續求解。
ANSYS AUTODYN的 Remap技術在水下爆炸中應用的具體思路是：由于炸藥爆炸后形成的沖擊波在自由場中的傳播是球對稱的（當沖擊波到達自由表面、底部或遇到結構時會形成反射區，此時，沖擊波的波陣面不再球面對稱），因此，炸藥的起爆以及沖擊波在自由場中的傳播可以在一維場中計算，當沖擊波將到達結構或界面時，再把一維的計算結果映射到三維模型中繼續計算，因此，避免計算資料過多地消耗在流體單元上，從而實現遠場爆炸及整船動態響應計算。
展開 算例丨基于ABAQUS的復合材料薄壁圓筒屈曲分析
由于玻璃鋼復合材料的薄壁圓筒結構具有強度高、重量輕、剛度大、耐腐蝕， 電絕緣及透微波等優點，目前已廣泛應用于航空航天和民用領域中。工程中廣泛 使用的這些薄壁圓筒，當它們受壓縮、剪切、彎曲和扭轉等荷載作用時，最常見 的失效模式為屈曲。因此，為了保證結構的安全，需要進行屈曲分析。
對結構進行屈曲分析，涉及到較復雜的彈(塑)性理論和數學計算，要通過求 解高階偏微分方程組，才能求解失穩臨界荷載，而且只有少數簡單結構才能求得 精確的解析解。因此，只能采用能量法、數值方法和有限元方法等近似的分析方 法進行分析。近 20 年來，隨著計算機和有限元方法的迅猛發展，形成了許多的 實用分析程序，提高了對復雜結構進行屈曲分析的能力和設計水平。ABAQUS 就是其中的杰出代表。
1.屈曲有限元理論
有限元方法中，對結構的屈曲失穩問題的分析方法主要有兩類：一類是通過 特征值分析計算屈曲載荷，另一類是利用結合 Newton—Raphson 迭代的弧長法 來確定加載方向，追蹤失穩路徑的幾何非線性分析方法，能有效分析高度非線性 屈曲和后屈曲問題。
1.1 線性屈曲
假設結構受到的外載荷模式為P0。，幅值大小為λ，結構內力為Q，則靜力平 衡方程應為
λP0 = λQ
進一步考察結構在(λ+△λ)P0載荷作用下的平衡方程，得到
{[KE] + [KS(S+λ△S)] + [KG(u?+λu?)]}△u? =△λP0
由于結構達到保持穩定的臨界載荷時有△λ，代入上式得
該方程對應的特征值問題為
det{[KE]+λ[KS△σ]+KG(△u?)}=0
如果忽略幾何剛度增量的影響，屈曲分析的方程又可進一步簡化為
det{[KE] + λ[KS △ σ]} = 0
該方程即為求解線性屈曲的特征值方程。
展開 爆炸仿真又一利器ANSYS AUTODYN介紹 附AUTODYN詳細實例教程文檔下載
普通的一階Euler方法主要用于解決流固耦合、氣固耦合問題；而高階多物質Euler-Godunov求解器主要用于模擬爆轟波的形成、傳播以及對結構的沖擊響應等，還可以模擬氣泡的膨脹、壓縮和射流的形成以及空泡水錘效應、淺水效應等；高階單物質Euler-FCT求解器主要用來進行計算爆轟波的傳播，在計算效率上，由于不考慮物質的輸送所以要比Euler-Godunov快。
由于ANSYS AUTODYN采用比普通一階Euler更精確的高階Euler求解技術，所以在水下爆炸模擬中能更接近試驗數據，計算結果如圖1、2所示：
圖1 用Euler-Godunov求解器模擬水下爆炸沖擊波傳播及圓筒結構響應
圖2 試驗值與數值計算結果比較
計算結果映射（Remap）技術
傳統的某些顯式有限元軟件雖然能夠模擬爆炸沖擊波與結構的相互作用，然而計算資源大量消耗在流體單元中，因此只能進行近場爆炸局部結構的破壞，對于遠場爆炸以及整船的爆炸動響應計算非常困難，難以在工程中應用。
ANSYS AUTODYN提供的Remap技術，可以把三維計算問題的某初始時間段在一維中模擬，然后把一維結果映射到三維數模中再繼續求解。
ANSYS AUTODYN的 Remap技術在水下爆炸中應用的具體思路是：由于炸藥爆炸后形成的沖擊波在自由場中的傳播是球對稱的（當沖擊波到達自由表面、底部或遇到結構時會形成反射區，此時，沖擊波的波陣面不再球面對稱），因此，炸藥的起爆以及沖擊波在自由場中的傳播可以在一維場中計算，當沖擊波將到達結構或界面時，再把一維的計算結果映射到三維模型中繼續計算，因此，避免計算資料過多地消耗在流體單元上，從而實現遠場爆炸及整船動態響應計算。
展開 ANSYS AUTODYN在水下爆炸模擬中的應用
普通的一階Euler方法主要用于解決流固耦合、氣固耦合問題；而高階多物質Euler-Godunov求解器主要用于模擬爆轟波的形成、傳播以及對結構的沖擊響應等，還可以模擬氣泡的膨脹、壓縮和射流的形成以及空泡水錘效應、淺水效應等；高階單物質Euler-FCT求解器主要用來進行計算爆轟波的傳播，在計算效率上，由于不考慮物質的輸送所以要比Euler-Godunov快。
由于ANSYS AUTODYN采用比普通一階Euler更精確的高階Euler求解技術，所以在水下爆炸模擬中能更接近試驗數據，計算結果如圖1、2所示：
圖1 用Euler-Godunov求解器模擬水下爆炸沖擊波傳播及圓筒結構響應
圖2 試驗值與數值計算結果比較
計算結果映射（Remap）技術
傳統的某些顯式有限元軟件雖然能夠模擬爆炸沖擊波與結構的相互作用，然而計算資源大量消耗在流體單元中，因此只能進行近場爆炸局部結構的破壞，對于遠場爆炸以及整船的爆炸動響應計算非常困難，難以在工程中應用。
ANSYS AUTODYN提供的Remap技術，可以把三維計算問題的某初始時間段在一維中模擬，然后把一維結果映射到三維數模中再繼續求解。
ANSYS AUTODYN的 Remap技術在水下爆炸中應用的具體思路是：由于炸藥爆炸后形成的沖擊波在自由場中的傳播是球對稱的（當沖擊波到達自由表面、底部或遇到結構時會形成反射區，此時，沖擊波的波陣面不再球面對稱），因此，炸藥的起爆以及沖擊波在自由場中的傳播可以在一維場中計算，當沖擊波將到達結構或界面時，再把一維的計算結果映射到三維模型中繼續計算，因此，避免計算資料過多地消耗在流體單元上，從而實現遠場爆炸及整船動態響應計算。
展開 單點系泊系統基本設計方法概述
2.2 設計工況
（1）浮筒結構設計工況
浮筒結構設計過程中需要考慮的工況主要包括三類：
正常運行和作業期工況
出現異常和意外狀態下的工況，例如密封艙進水和船舶撞擊
系泊、托航和吊裝等特殊作業條件下的工況
（2）系泊和錨泊系統設計工況
連接油輪的一般操作工況
沒有連接油輪的極端自存工況
2.3 設計方法
（1）浮筒結構
浮筒通常采用全封閉式圓筒結構，如圖2所示。圓筒中心處稱為中心井，其中布置滾動軸承、旋轉接頭和輸油立管。周圍布置6 ~ 9個密封艙，提供整個系統作業和自存條件下的浮力。
圖2 浮筒結構示意圖
浮筒結構設計過程中主要考慮以下內容：
浮筒容積能夠滿足整個系統所需的浮力，通常根據作業海域的環境數據和系泊能力確定
轉臺、上部設備及各種工況中外部荷載條件下，板殼結構、柱殼結構和梁部件的屈曲、斷裂和屈服強度校核，通常采用有限元方法進行分析，常用軟件包括ANSYS，ABAQUS和ADINA等
（2）轉臺及上部設備
轉臺通過滾動軸承與浮筒相連，作業過程中可以隨作業船舶360°旋轉。
展開 梁單元截面方向的調整-方向矢量
其實個人主要做機械結構方面的分析，很少接觸到需要大量調整的梁結構。會考慮寫這樣一篇文章主要源于前幾天夜談會室友向我們抱怨，說做項目用NX Nastran調整了120根梁截面的方向，因為基體結構是個圓筒，所以調整起來異常麻煩。當時我想著沒這么麻煩吧，于是第二天用hypermesh試了下，發現的確不是很容易，于是就該問題總結了一些方法，可能不是很好，但有總比沒有好。下面用兩個例子來進行說明：
第一個案例是這種圓筒結構（平面框架的就不說了），內部有橫向以及縱向的U形輻條，其中槽口均朝向各截面圓心處。
圖 1 圓筒框架示意
第二個案例是任意曲面形式的結構，內部也有一定形式擺放的縱向U形梁，各槽口指向所在曲面的內法線方向（第一種的擴展）
圖 2 曲面框架示意
1 方向節點和方向矢量
在進行案例的說明之前，有兩個概念得先和大家說一下，就是梁單元的方向節點和方向矢量。其實從文章題目可以看出，我主要想強調下方向矢量的概念和使用。
圖 3 梁單元坐標系創建示意
首先我們得明白一點，梁截面的方向是與單元坐標系一致，因此我們的重點在于梁單元的單元坐標系是如何建立的。如上圖所示梁單元，單元坐標系的原點在單元中心，根據1（I節點）→2（J節點）我們知道了梁單元的X方向，其次，我們指定了一個方向節點3（K節點），那么1→3實際定義了一個方向矢量V。利用X方向以及方向矢量V，根據右手定則（V叉乘X）可以得到單元坐標系的Y軸，再使用一次右手定則（X叉乘Y）就得到了Z方向。也就是上圖中的白色（X），綠色（Y），藍色（Z），這樣截面的Y，Z就直接與單元坐標系的Y，Z對應上了。
展開 ABAQUS中殼的材料方向
當結構一個方向的尺度（厚度）遠小于其它方向的尺度，并忽略沿厚度方向的應力時，可以用殼單元進行模擬。在ABAQUS中具有兩種殼單元：常規的殼單元和基于連續體的殼單元。
與實體單元不同，每個殼體單元都使用局部材料方向。
1、默認的局部材料方向
局部材料的1和2方向位于殼面內，默認的局部1方向是整體坐標1軸在殼面上的投影，如果整體1軸垂直于殼面，則將整體3方向投影到殼面形成1方向，殼面的正法線方向為3方向，對于殼面內的2方向，利用3x1=2方向（3方向叉積1方向）確定。即局部的1、2、3方向構成右手坐標系。
然而，在更多的情況下，利用默認的局部材料設置并不能順利完成定義，尤其是對于曲面、圓筒等結構，而此時就需要利用其它方法定義合適的材料方向。
2、可變的材料方向
應用局部的直角、圓柱或者球坐標系，可以代替整體坐標系，如下圖所示。定義局部坐標系（x',y',z'）的方向，并使局部坐標軸的方向與材料方向一致。為此，必須先指定一個最接近垂直于殼體的局部軸，以及繞該軸的旋轉量（如果需要）。ABAQUS按照坐標軸的循環順序（1,2,3）及用戶的選擇將坐標軸投影到殼體上，從而構成材料的1方向。例如，如果選擇了x'軸，ABAQUS將y'軸投影到殼體上而構成材料的1方向。由殼法線和材料1方向的叉積來確定2方向。
如果這些局部坐標軸沒有建立理想的材料方向，就需要用到前面設置的繞軸轉動了。在將軸投影前，先按照該轉動量進行轉動，然后投影得到最終的局部材料方向。
abaqus中殼的局部材料方向.pdf
展開 
ABAQUS中殼的材料方向
ABAQUS中殼的材料方向
當結構一個方向的尺度（厚度）遠小于其它方向的尺度，并忽略沿厚度方向的應力時，可以用殼單元進行模擬。在ABAQUS中具有兩種殼單元：常規的殼單元和基于連續體的殼單元。
與實體單元不同，每個殼體單元都使用局部材料方向。
1、默認的局部材料方向
局部材料的1和2方向位于殼面內，默認的局部1方向是整體坐標1軸在殼面上的投影，如果整體1軸垂直于殼面，則將整體3方向投影到殼面形成1方向，殼面的正法線方向為3方向，對于殼面內的2方向，利用3x1=2方向（3方向叉積1方向）確定。即局部的1、2、3方向構成右手坐標系。
然而，在更多的情況下，利用默認的局部材料設置并不能順利完成定義，尤其是對于曲面、圓筒等結構，而此時就需要利用其它方法定義合適的材料方向。
2、可變的材料方向
應用局部的直角、圓柱或者球坐標系，可以代替整體坐標系，如下圖所示。定義局部坐標系（x',y',z'）的方向，并使局部坐標軸的方向與材料方向一致。為此，必須先指定一個最接近垂直于殼體的局部軸，以及繞該軸的旋轉量（如果需要）。ABAQUS按照坐標軸的循環順序（1,2,3）及用戶的選擇將坐標軸投影到殼體上，從而構成材料的1方向。例如，如果選擇了x'軸，ABAQUS將y'軸投影到殼體上而構成材料的1方向。由殼法線和材料1方向的叉積來確定2方向。
如果這些局部坐標軸沒有建立理想的材料方向，就需要用到前面設置的繞軸轉動了。在將軸投影前，先按照該轉動量進行轉動，然后投影得到最終的局部材料方向。
展開 儲罐選用原則知識
此外，臥式圓筒形儲罐亦常用于儲存油氣放空系統中回收的殘液、化學試劑以及用作真空系統中的儲罐。
1.1.5 氣罐
常用的濕式氣罐，主要用于收集、儲存油氣放空系統中的可燃氣體，以及惰性氣體。
1.2 地下儲罐
如前所述，由于地下儲罐的投資大、施工周期長等因素的影響，很少采用這種類型的儲罐，只有那些工藝上有某些特殊要求的場合才選用地下儲罐。比如石油化工企業中的自用加油站、城市中的加油站，所用儲罐多為地下直埋式（臥式圓筒形結構），火車下卸原油時的中轉儲罐也是地下直埋式等。綜上所述，不同外界的環境下儲存石油化工產品和其它介質時，應根據各自的情況選用不同結構和不同敷設方式的儲罐。儲罐選型表中給出了各種結構的地上鋼儲罐適于儲存的石油化工產品及其它介質。
來源：網絡
展開 一文講解干式變壓器的特點及應用
二
線繞澆注式變壓器
2.1、結構特點
在陜西寶雞第二發電廠中，廠用干式變壓器均為線繞澆注式變壓器，電壓等級為6 kV，容量為100 kVA至1600 kVA，采用室內安裝方式。
該產品高、低壓繞組采用銅導線，全纏繞，玻璃纖維增強，薄絕緣，樹脂不加填料，真空狀態下浸漬式澆注，按特定的溫度固化曲線固化成型。
高壓繞組采用特種分段圓筒式結構，低壓繞組視電壓等級選擇多層圓筒式、分段圓筒式或特種分段圓筒式。
2.2 技術特點
2.2.1 耐沖擊
線繞澆注變壓器的高壓繞組采用特種分段圓筒式結構，此結構是以普通分段圓筒式繞組為基礎發展起來的，普通分段圓筒式既繼承了圓筒式繞組耐沖擊的優勢，又解決了圓筒式繞組層間電壓偏高的矛盾，是一種較為理想的繞組結構，常被稱之為非共振型繞組結構。
展開 一文講解干式變壓器的特點及應用
二
線繞澆注式變壓器
2.1、結構特點
在陜西寶雞第二發電廠中，廠用干式變壓器均為線繞澆注式變壓器，電壓等級為6 kV，容量為100 kVA至1600 kVA，采用室內安裝方式。
該產品高、低壓繞組采用銅導線，全纏繞，玻璃纖維增強，薄絕緣，樹脂不加填料，真空狀態下浸漬式澆注，按特定的溫度固化曲線固化成型。
高壓繞組采用特種分段圓筒式結構，低壓繞組視電壓等級選擇多層圓筒式、分段圓筒式或特種分段圓筒式。
2.2 技術特點
2.2.1 耐沖擊
線繞澆注變壓器的高壓繞組采用特種分段圓筒式結構，此結構是以普通分段圓筒式繞組為基礎發展起來的，普通分段圓筒式既繼承了圓筒式繞組耐沖擊的優勢，又解決了圓筒式繞組層間電壓偏高的矛盾，是一種較為理想的繞組結構，常被稱之為非共振型繞組結構。
展開 