內壓的案例
試驗洞悉工程 | 開孔建筑內壓風洞試驗
圖5 平均外壓和內壓系數隨風向角變化
3.1.2 內外壓響應時程相關性
圖6
對比了開孔尺寸為53 mm
×53 mm
的模型，在0
°正風向角和70
°斜風向角下的內壓系數與孔口周邊外壓系數的時程變化曲線。由圖可見，無論在0
°還是70
°風向角下，開孔結構的內壓響應與孔口周邊外壓響應在時程上均具有高度的同步性，且不會受到風向角的影響。
圖6 孔口周邊外壓系數與內壓系數時程曲線對比
3.1.3 內外壓響應功率譜相關性
為了進一步分析開孔結構內壓動力響應的特性及其與孔口周邊外壓響應之間的關系，圖7 對比了在0° 正風向角和70° 斜風向角下，開孔尺寸為53 mm×53 mm 時模型內外壓系數的功率譜曲線。從圖中可以看出，雖然內外壓響應功率譜的同步性沒有內外壓響應時程的同步性那么高，但是在0°正風向角下仍然表現出了一定的相關性，并且彼此之間相差不大。而在70°斜風向角下，內外壓系數功率譜函數則有很大的區別，尤其是在內壓功率譜函數曲線上，出現了2 個共振峰，內壓系數功率譜在這2個共振峰的頻率附近明顯大于外壓系數功率譜。根據相關研究的結論，這2 個共振峰可能是由于斜風剪切流在孔口處產生的漩渦脫落與內壓Helmholtz共振導致的。
圖7 孔口周邊外壓系數與內壓系數功率譜對比
圖8 內壓系數導納曲線
為了更直觀地對比內外風壓系數功率譜函數的大小，將內壓系數功率譜與外壓系數功率譜的比值定義為內壓導納，并將0°正風向角和70°斜風向角的開孔模型內壓導納曲線繪于圖8中。由圖可見，在0°正風向角下，總體上內外壓系數功率譜相差不大，內壓導納的值基本在1左右的范圍內波動。
展開 什么是外壓容器的穩定性和臨界壓力？內壓容器是否存在穩定性問題？
什么是外壓容器的穩定性和臨界壓力？內壓容器是否存在穩定性問題？
承受外壓載荷的殼體，當外壓載荷增大到某一值時，殼體會突然失去原來的形狀，或出現波紋，載荷卸去后，殼體不能恢復原狀，這種現象稱為外壓殼體的屈曲或失穩。
其實質是壁內壓應力由失穩前單純的壓應力狀態突然躍變為失穩時主要是彎曲應力狀態。
容器失去穩定性時的最小外壓力稱為臨界壓力pr，其值越大，表明容器抗失穩能力越強。
對于薄壁容器，只要壁內存在壓應力，就有先穩的可能。穩定問題不僅僅限于外壓容器，內壓容器有時也有穩定問題。例如受重量載荷和風彎矩作用產生軸向壓應力的直立內壓設備及有局部壓應力產生的內壓封頭，以及內壓臥式容器的鞍座處等，均有穩定性問題存在。
展開 【iSolver案例分享7】內壓罐分析案例
問題描述：
內壓罐使用的材料為鋼，彈性模量E＝200 GPa，油松比a＝0.3，使用單位量綱為mm、N、MPa。分析對象為軸對稱三維實體結構，內壓罐底部固支，內側壁面受20MPa的壓強載荷，為了減少計算量，采用四分之一模型進行靜力分析。
圖1 內壓罐有限元模型
內壓罐為軸對稱三維實體結構，內壓罐底部固支，內側壁面受20MPa的壓強載荷，為了減少計算量，采用四分之一模型進行靜力分析。
操作：
創建幾何部件：
圖2 創建幾何
圖3 賦予材料屬性
定義輸出：
圖4 定義輸出
設置邊界條件及載荷，底部施加固支約束，對稱面分別施加對稱約束，內壁面施加均勻的內壓載荷：
圖5 設置邊界條件及載荷條件
先劃分結構，采用六面體結構網格，采用C3D8R單元劃分網格：
圖6劃分網格
分別采用Abaqus和iSolver求解器進行計算。
圖7分別提交Abaqus和iSolver求解器計算
計算結果對比：
對比兩者的計算結果：
圖8 Abaqus和iSolver計算的應力對比（左: iSolve，右：Abaqus）
圖9 Abaqus和iSolver計算的位移對比（左: iSolve，右：Abaqus）
由此可見，iSolver與Abaqus求解器計算的應力及位移分析結果基本一致，兩者對于最大載荷點、最大位移點位置的計算吻合。對于結構進行應力分析，分析其最大應力值及位置、最大位移值及位置，可以在實際生產和生活應用中有效避免結構失效現象的出現，從而避免破壞。
展開 abaqus模擬平頂蓋鍋爐受內壓（軸對稱問題） ￥19.89
題目描述</h1><p>平頂蓋是鍋爐等受內壓元件大量使用的零部件之一。鮮有一如圖所示平頂蓋，其內徑為D<sub>0</sub>=25.5cm，s=3.5cm，s<sub>1</sub>=4.8cm，r<sub>0</sub>=3.2cm，取取半長l=22.6cm的一段進行計算。已知平定蓋所受內壓q=2.16×10<sup>7</sup>Pa，材料的彈性模量為E=2.0×10<sup>11</sup>Pa，泊松比為μ=0.3。試分析其應力分布。</p><figure style="text-align: center;" class="ql-align-center">
<figure class="figure-image" contenteditable="false" data-img="https://img.jishulink.com/202502/attachment/d65fe0be17134fe9a23511439c8fcbcc.png" style="display: inline-block;">
<img src="https://img.jishulink.com/202502/attachment/d65fe0be17134fe9a23511439c8fcbcc.png" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202502/attachment/d65fe0be17134fe9a23511439c8fcbcc.png?
展開 
【隨機振動】車載氣瓶Abaqus時域隨機振動仿真（考慮內壓與螺栓預緊） ￥89.9
氣瓶是采用傳統材料的金屬氣瓶，首先通過Standard靜力學分析計算氣瓶裝配結構在重力、U型螺桿預緊力、氣瓶內壓下的應力狀態和變形情況。
圖3-氣瓶裝配結構靜力學分析
圖4-靜力學應力
圖5-靜力學變形
復制靜力學模型，更改分析步為Explicit，通過預定義場的初始狀態導入將Standard模型計算出來的靜力學應力變形狀態導入Explicit分析模型，用于時域隨機振動分析。
圖6-初始狀態導入
Y向施加隨機振動加速度信號。
圖7-隨機振動時域加速度信號
圖8-氣瓶隨機振動最大應力674.2MPa
付費文件說明：隨機振動需要先得到裝配狀態的氣瓶應力應變、變形，因此需要先求解靜力學模型（AIRT-STD.inp），再求解隨機振動模型（AIRT-XPL_Y.inp），可以直接運行批處理文件自動執行依次求解。
用文本編輯器可以打開就可以查看關鍵字設置與模型定義了。該模型涉及standard到explicit的初始狀態導入，AbaqusGUI界面目前不支持讀入涉及狀態導入的關鍵字。如果想在界面下直觀地看動力學的模型設置，也可以將STD inp文件中end assembly前的內容合并到XPL inp文件中去!!!
展開 切換保壓（V/P）后，模具內到底發生了什么？
注塑成型的填充過程對制品質量具有非常重要的影響，往往注射速度與保壓壓力起到決定性的作用。
當塑料熔體即將充滿模腔時，模腔的壓力陡然上升，較容易引起制品的飛邊和翹曲。為了避免這些缺陷，在填充即將結束時，由速度主導的注射階段轉向由壓力主導的保壓階段。
圖：注射系統
位于噴嘴的物料常影響制品的澆口部分，而位于機筒后面部分的熔體常影響制品的最后充模部分。如果在澆口處出現了燒焦痕，加熱機筒前端的溫度應該降低，相反，如果產品出現流動痕，則應提高機筒后部的溫度設定，以使塑料完成熔融。
保壓壓力切換過程中的變化：
注射結束后，螺桿會停頓非常短的時間，隨后做減速運動，直至停止。螺桿輸出穩定的壓力，補充模具型腔末端與因冷卻而收縮的位置（補縮），填充速度變得緩慢，直至型腔末端壓力達到最高。
隨后澆口開始固化冷卻，螺桿保持在一定位置，模具型腔內壓力逐漸減小，直到澆口冷卻封閉。
制品冷卻階段：
冷卻階段有兩個參數：冷卻時間與模溫。模具溫度控制應滿足以下目地：
減少冷卻時間，縮短成型周期以提高生產效率
提高成型制品的表面質量
使模具溫度恒定以穩定制品質量
控制成型制品的收縮
控制結晶，以保證制品的力學強度
切換保壓（V/P）后，需要注意哪些問題？
熔體注射時，熔融的物料注入模具，熔體對流是主要傳熱機理。由于注射速度快，黏性耗散會產生熱量，最有可能出現在熔體流速最高的流道系統以及注射口。而在保壓階段，熔體已部分成型，熔體熱量通過模壁以及外部冷卻系統來傳導散熱。
展開 地磁作用下油氣管道力磁耦合仿真分析與實驗研究
按照如上步驟完成輸油氣管道磁力學實驗的模型建立，對輸油氣管道添加不同大小的內壓荷載，通過有限元仿真模擬軟件中自帶的計算求解過程和后處理功能，計算得出不同環境下輸油氣管道壁上磁信號的分布情況，對實驗結果進行分析，得出輸油氣管道磁通量信號隨復雜應力的變化規律。
圖3 管道模型建立
2.1 內壓作用下的復雜應力
將輸油氣管道在介質內壓荷載作用下各個方向上的復雜應力進行分解，根據管道應力分析理論，當管道受內壓荷載作用時，在輸油氣管道環向產生的應力為：
式中：σn為輸油氣管道環向產生的應力，MPa;P為管道受內壓荷載，MPa;D為輸油氣管道外徑，mm;t為管道壁厚，mm。
對輸油氣管道軸向應力進行研究，其大小為環向應力的一半，與內壓的關系為：
輸油氣管道壁所承受的內壓荷載對應的復雜應力值見表1。
表1 輸油氣管道內壓荷載與復雜應力對應關系/MPa
2.2 地磁場作用下磁力學的關系
此次模擬是以地磁場為外加磁場，而地磁場強度大約為50μT，因此，對仿真軟件中建立的管道模型設置空間磁場強度為50μT的背景環境。完成磁場的設置后，在管道內分別設置不同大小（1.6、4.0、6.0、10.0和12.0 MPa）的內壓荷載，通過有限元模擬計算，得出地磁場環境下，管道壁上的磁通量信號隨復雜應力作用的變化規律。
圖4(a）為不同復雜應力作用下輸油氣管道壁上磁通量信號的分布情況，磁通量信號在管道截面位置處最大，主要原因是管道截面位置處所受應力集中作用最明顯，其內部的磁疇結構在應力作用下產生的磁化最強，對弱磁信號影響最大。圖4(b）為地磁場環境下，感應磁通量與管道復雜應力的關系，由斜率可以看出兩者幾乎呈線性相關，且管道感應磁通量信號隨復雜應力的增加而逐漸增強。
展開 歐拉模擬流化床內氣泡形成過程與壓降 ￥9.9
歐拉模擬流化床內氣泡形成過程與壓降
case data mesh
裙座支撐-小型高壓球罐（10m3）有限元分析設計工程案例
本模型單元數量：159108，節點數量：732617，有限元模型如下圖3~4所示：
圖3 該球罐整體有限元模型
圖4 球罐局部接管有限元模型
球罐
設計載荷
工況
本球罐分析設計主要考慮兩種載荷：內壓和自重，對球罐的整體分析應考慮以下幾種載荷組合工況：
1）僅內壓作用工況；
2）僅考慮球罐自重（該工況按標準可不用考慮，本文增加了這部分計算，為了更直觀的說明）；
3）綜合考慮內壓+球罐自重的組合工況。
注：由于該球罐安裝與運行均在室內，無保溫、無梯子平臺，并且球罐的體形較小，相對重量較輕，因此忽略風載荷、雪載荷與地震載荷的影響；并且，根據管道條件，球罐管口無機械外載。
球罐
邊界條件
的施加
1）內壓：在球殼與接管內表面，施加壓力載荷(10.0MPa)。同時，為保證設備內壓力系的平衡，在接管端部施加內壓產生的軸向平衡壓力；
2）球罐自重：球罐的操作質量，包括球殼、接管、裙座、物料及球罐預焊接等其它附件的重量。有限元模型中，球罐自重載荷，采用等效密度法，經計算當量成材料的等效密度(ρ=m/V)，以慣性載荷的形式在加速度場中轉換成單元體積力(G=mg)的方式，加載在整個球殼單元上。
3）位移邊界條件：球殼裙座下底面，施加豎直軸向與環向位移約束。
展開 高壓氣瓶結構設計與仿真及試驗研究
為了保證氣瓶在充入高壓氣體時的安全性與可靠性，對瓶體分別進行1.5倍和2.5倍工作壓力試驗，要求瓶體在2.5倍工作壓力作用下不允許發生破裂失效，因此仿真載荷工況包括：氣瓶在50 MPa、75 MPa以及125 MPa內壓作用下的使用極限靜載條件。應用ABAQUS Static求解器，在高壓氣瓶內壁面施加均勻壓強進行仿真分析。
2.1 瓶體50 MPa內壓載荷工況分析
氣瓶在50 MPa內壓載荷作用下最大Mises應力出現在如圖2所示的上端結構與瓶體主結構連接處，最大應力值為922 MPa,接近瓶體材料屈服極限1 000 MPa。主要原因是上端結構與瓶體端蓋剛度不匹配，存在著較大的應力集中現象。根據圖2可以得到上端結構與瓶體主結構連接處的高應力區域分布在倒角的表層局部，并未穿透整個瓶壁。高壓氣瓶在50 MPa內壓作用下焊縫連接區域如圖3所示， Mises應力最大值為370 MPa,未達到材料的屈服極限。因此可以保證瓶體在工作壓力下的安全性與可靠性。
圖2 連接倒角處剖面圖(50 MPa)
圖3 焊接位置處剖面圖(50 MPa)
2.2 瓶體75 MPa內壓載荷工況分析
在75 MPa壓力作用下的氣瓶最大Mises應力出現在如圖4所示的上端結構與瓶體主結構連接處，最大應力值為1 125 MPa,已達到材料的屈服極限。上端結構與瓶體主結構連接處的塑性區域分布在倒角的表層局部，并未穿透整個瓶壁。焊縫連接區域如圖5所示，應力最大值為555 MPa,未達到材料的屈服極限，因此根據塑性失效設計準則，瓶體在75 MPa載荷作用下，具有一定的安全性與可靠性。
展開 仿真APP在金屬波紋管液壓脹形工藝設計中的應用
在step-1中，固定模具和管道，在管道內壁施加內壓，使管道產生膨脹變形；在step-2中，增大管道內壁的內壓值，固定最下方的模具，上方的三個模具向下移動至模具間緊密貼合，產生擠壓效果（參考圖2）。Simdroid隱式結構分析模塊提供了多種分析步類型，滿足工程應用需要。
圖8 分析步設置
6）載荷與邊界條件定義
如前所述，step-1中在管道內壁施加內壓，step-2中增大內壓值，設置如下。
圖9 內壓載荷定義
在本案例中step-2使用到位移加載，因此在邊界條件定義時，不同分析步中設置不同的位移邊界條件。
圖10 邊界條件定義（以最上方模具為例）
7）參數定義與關聯
仿真APP封裝需要基于參數化仿真模型。在本案例中，將結構尺寸和內壓值作為參數，并在模型中進行參數關聯。
圖11 參數定義與關聯
8）結果后處理
Simdroid具備完善的結果后處理顯示功能。在本案例中，可以通過云圖查看結構的成形過程、應力應變分布。
成形過程
圖12 step-1計算結果-Mises應力
圖13 step-1計算結果-等效塑性應變（PEEQ）
圖14 step-2計算結果-Mises應力
圖15 step-2計算結果-等效塑性應變（PEEQ）
2、仿真APP封裝
Simdroid提供無代碼化的仿真APP封裝功能，提供便捷化的菜單、按鈕、對話框等封裝工具，用戶只需通過鼠標拖拽的方式即可完成仿真流程的快速封裝。
展開 
高壓快冷器有限元分析報告
工況1：管程不工作，殼程內壓正常，計入膨脹變形差；
工況2：管程不工作，殼程內壓正常，不計膨脹變形差；
工況3：管程內壓正常，殼程不工作，計入膨脹變形差；
工況4：管程內壓正常，殼程不工作，不計膨脹變形差。
工況5：管程內壓正常，殼程內壓正常，計入膨脹變形差；
工況6：管程內壓正常，殼程內壓正常，不計膨脹變形差。
3種工況的位移邊界條件相同，即X=0和Y=0的面施加對稱約束，Z=0的面施加Z方向的位移約束。
對于換熱管與管板之間的約束情況如圖5-1所示。位于管板區域的換熱管共110mm，該段分為兩段，一段與管板焊接，采用管板與換熱管公用節點模擬，如圖中換熱管黑色段；一段與管板接觸，當換熱管膨脹時將對管板產生擠壓力，采用X、Y方向位移耦合的方法模擬。經反復仿真試驗，當工況1、3~6時，換熱管都會對管板產生擠壓力，二工況2時，換熱管不會對管板產生擠壓力。
圖9 工況1時換熱器的應力強度分布
圖10 工況1時換熱器管板的應力強度分布
圖11 應力評定路徑分布示意圖
圖12 路徑1應力強度曲線
圖12 路徑2應力強度曲線
按照前述工況分析，經分析計算，結果表明，管板、膨脹節、管板與換熱管的焊接結構合格，不需要改進。
錐體人孔按原圖補強校核不合格，經與委托方協商，將人孔接管、補強板厚度改為12mm，并對焊縫進行R=10mm的圓角處理，校核合格。
根據委托方提供的換熱器結構圖紙建立的有限元計算模型，按照按JB4732-2005《鋼制壓力容器—分析設計標準》、GB151-1999《鋼制管殼式換熱器》、GB150-1998《鋼制壓力容器》等標準進行載荷計算及計算工況的確定。計算結果表明，換熱器管板強度、開孔補強及膨脹節的變形量均滿足JB4732-2005《鋼制壓力容器——分析設計標準》規定的要求。
展開 Design Exploration結構優化應用實例
1 問題描述
如圖的典型筒體開孔接管模型，筒體的半徑R1為1000mm，壁厚T1為20mm，開孔的半徑R2為500mm，壁厚T2為20mm，內外側的過渡圓角N均為25mm，施加內壓1MPa。
對以上參數全部參數化，試求各參數與最大等效應力之間的關系。
2 載荷約束
取四分之一模型分析，劃分全六面體的網格模擬，總共16203個節點、2919個單元，最大偏度為0.58，平均偏度為0.2。
對稱面上施加無摩擦約束，為了消除剛體位移，在模型某一節點約束了Y向位移。筒體截面及接管截面上承受均布拉應力的平衡載荷。同時內表面施加1MPa的內壓。
得到該模型的最大等效應力值，位于過渡圓角處。
3 參數化設置
接下來把參數全部參數化。輸入的參數有P1~P9共9個，除了與模型相關的6個外，還有三個分別為P5內壓載荷，以及P3筒體截面平衡載荷和P4接管截面平衡載荷；輸出的參數則一個，P6最大等效應力。
值得注意的是截面等效載荷（即P3跟P4）是壁厚T、半徑R及內壓Pi的函數，需要在Expression中輸入公式。
進入Design of Experiment，設置各個參數的數值范圍，P1和P2的范圍設置為20~50，P5為1~2，P7為800~12000，P8為300~600，N為15~35。
點擊左上角的預覽Preview得到設計點，然后Update更新所有的設計點。
進入Response Surface并更新，在Response Points查看感興趣的參數的響應圖、敏感度圖及蛛網圖。
展開 ANSYS Workbench筒體開孔接管優化設計 ￥30
1.問題描述
如圖的典型筒體開孔接管模型，筒體的半徑R1為1000mm，壁厚T1為20mm，開孔的半徑R2為500mm，壁厚T2為20mm，內外側的過渡圓角N均為25mm，施加內壓1MPa。
對以上參數全部參數化，試求各參數與最大等效應力之間的關系。
筒體開孔接管模型
2.載荷約束
取四分之一模型分析，劃分全六面體的網格模擬，總共16203個節點、2919個單元，最大偏度為0.58，平均偏度為0.2。
對稱面上施加無摩擦約束，為了消除剛體位移，在模型某一節點約束了Y向位移。筒體截面及接管截面上承受均布拉應力的平衡載荷。同時內表面施加1MPa的內壓。
得到該模型的最大等效應力值，位于過渡圓角處。
最大等效應力云圖
3.參數化設置
接下來把參數全部參數化。輸入的參數有P1~P9共9個，除了與模型相關的6個外，還有三個分別為P5內壓載荷，以及P3筒體截面平衡載荷和P4接管截面平衡載荷；輸出的參數則一個，P6最大等效應力。
參數化列表
值得注意的是截面等效載荷（即P3跟P4）是壁厚T、半徑R及內壓Pi的函數，需要在Expression中輸入公式。
筒體截面平衡載荷P3的參數化設置
接管截面平衡載荷P4的參數化設置
進入Design of Experiment，設置各個參數的數值范圍，P1和P2的范圍設置為20~50，P5為1~2，P7為800~12000，P8為300~600，N為15~35。
Design of Experiment界面
P1參數的數值范圍
點擊左上角的預覽Preview得到設計點，然后Update更新所有的設計點。
展開 SimSolid在LNG罐式集裝箱結構強度分析中的應用
圖4.1 框架等效應力云圖
圖4.2 裙座等效應力云圖
圖4.3 外罐體等效應力云圖
圖4.4 內罐體等效應力云圖
圖4.5 內罐體等效應力剖視圖
4.2 載荷工況二應力計算結果
工況二：內壓+自重+沿與運動方向成直角的水平方向、大小為額定質量乘以一倍重力加速度的慣性力；
圖4.6 框架等效應力云圖
圖4.7 裙座等效應力云圖
圖4.8外罐體等效應力云圖
圖4.9 內罐體等效應力云圖
圖4.10 內罐體等效應力云圖剖視圖
4.3 載荷工況三應力計算結果
工況三：內壓+沿垂直向上方向、大小為額定質量乘以一倍重力加速度的慣性力；
圖4.11 框架等效應力云圖
圖4.12 裙座等效應力云圖
圖4.13 外罐體等效應力云圖
圖4.14 內罐體等效應力云圖
圖4.15內罐體等效應力云圖剖視圖
4.4載荷工況四應力計算結果
工況四：內壓+沿垂直向下方向、大小為額定質量乘以兩倍重力加速度的慣性力。
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