ansys 壓力鋼管的案例
超大跨鋼管混凝土拱橋 ANSYS APDL 精細化建模案例介紹 ￥39.9
案例概述
本案例展示了一個基于 ANSYS APDL 的超大跨鋼管混凝土拱橋有限元建模與分析過程。橋梁主跨超過 400 米，模型采用雙單元法（Double-Element Method），以簡化且合理的方式模擬鋼管混凝土拱橋在彈性階段的整體受力與剛度特性。模型經過充分驗證，可一次性完成恒載分析并順利收斂，結果穩定可靠，可作為工程參考和教學示例的基礎模型。
該案例提供了完整的可運行文件，包括模型文件（TrussArcBridge.cdb）和計算命令流文件（TrussArcBridge.mac），用戶可直接在 ANSYS 環境中加載并執行，也適用于ansys workbench，快速得到結構受力結果。
圖1-1 模型
圖1-2 邊界
圖1-3 位移結果
1.2. 建模思路與單元劃分
模型采用以主拱、吊索、橋面體系為核心的空間有限元結構體系。主拱肋及桁架部分采用 BEAM188 單元，用以模擬具有彎曲和剪切變形能力的空間桿件；吊索采用 LINK180 單元，主要承受軸向拉力，計算效率高且穩定性好；橋面采用 SHELL181 單元，用以反映組合橋面的彎曲與剪切剛度，實現橋面與主拱的合理協同。
材料部分采用彈性模型，鋼管混凝土雙單元法理，既保證了分析的合理性，又避免了復雜的非線性求解過程。邊界條件采用固結與簡支混合形式，可根據不同橋型和設計要求靈活修改。
該模型采用合理的節點耦合與剛度協調方式，確保鋼管與混凝土、拱肋與橋面、吊索與桁架之間的力學傳遞真實可靠。
1.3. 案例文件說明
TrussArcBridge.cdb：為模型文件，包含節點、單元、截面、材料及邊界定義，可直接在 ANSYS 中導入使用。
展開 基于ANSYS的鋼管混凝土拱橋 ￥3
基于ANSYS的鋼管混凝土拱橋
單元及材料屬性：
定義所有材料特性
et,1,beam44 !!鋼管特性
mp,ex,1,2.1e11
mp,dens,1,7800
mp,prxy,1,0.3
n,90000,0,0,30 !!參考點
et,2,beam44 !!鋼管內50＃混凝土特性
mp,ex,2,3.5e10
mp,dens,2,2600
mp,prxy,2,0.1667
et,3,beam44 !!縱梁30＃混凝土鋼管特性
mp,ex,3,3.0e10
mp,dens,3,2600
mp,prxy,3,0.1667
et,4,beam44 !!橫梁30＃混凝土鋼管特性
mp,ex,4,3.0e10
mp,dens,4,2600
mp,prxy,4,0.1667
et,5,beam44 !!風撐特性
mp,ex,5,2.1e11
mp,dens,5,7800
mp,prxy,5,0.3
et,6,link10 !!吊桿特性（鋼絞線）
mp,ex,6,1.9e11
mp,dens,6,7800
mp,prxy,6,0.3
keyopt,6,3,0 !只拉吊桿
et,7,beam44 !!蓋梁30＃混凝土特性
mp,ex,7,3.0e10
mp,dens,7,2600
mp,prxy,7,0.1667
et,8,beam44 !!
展開 基于ansys的鋼管彎曲回彈的載荷步設置
我做的是對鋼管進行下壓，然后回彈。鋼管是彈塑性材料，我施加載荷到它達到屈服極限后，撤去載荷，這樣它就會有一個殘余變形。
之前想用ansys-dyna來做的，老師要求我用ansys來做靜態仿真。我設置了兩個載荷步，一是下壓，二是回彈（就是撤去壓力）。這其中還有接觸。
我做了仿真，發現下壓時是容易收斂的，但是回彈時的第一個子步很不容易收斂（這是我想要請教大家的，這個該怎么解決），不過一旦收斂后面的子步就很容易收斂。這里想向大家請教一下，我該如何設置回彈的載荷步，來解決這個問題。
其實我是想兩個載荷步都是線性變化的，這樣就會慢慢加載和慢慢卸載，但是我發現加載是線性的，卸載好像是一個子步完成的，雖然我設置了kbc,0，但是卸載我覺得還是階躍的。
這是我后處理里對其中一個節點的位移時間圖。
可以看到它的回彈是很短時間里發生的，我初步設想是如果以線性的方式回彈這樣可能容易收斂，不知道我這種想法科學么。
而且，我猜想回彈時不收斂的原因是，回彈時載荷突然變為0，這樣接觸可能有問題，以上是小弟自己的想法，想和大家探討和學習，來找到辦法解決回彈不收斂。
這是我的模型加載圖
展開 ansys模擬鋼管混凝土
用Ansys或Abaqus分析鋼管混凝土結構或構件
以上兩個軟件國外都有人用來分析鋼管混凝土結構，但建模的方法不盡相同。關鍵在于鋼管和混凝土本構關系的選取以及兩者之間的界面處理方法，各位有沒有這方面的經驗能向我們大家介紹一下。
==========
程序中大概只有Drucker-Prager比較適合描述受約束混凝土的本構關系，因為這個模型可以考慮 hydrostatic stress （流體靜應力）的影響。在程序中，需要輸入cohesion,angle of internal friction，(one more for ANSYS is theangle of dilatancy)。
值得注意的是，兩個軟件確定這幾個參數的公式各不相同，很是令人頭疼。
其實user manuals不可能給出明確的表達式，因為到目前為止，好像沒有研究把鋼管的強度，混凝土的強度，含鋼率等等因素（i.e. the confinement）全部在Drucker-Prager 中考慮進去。
至于兩種材料的界面，日本的 Hanbin Ge曾用link element來模擬，但在他的文章中，沒有詳細的描述。軸壓狀況下，好像可以忽略滑移。偏壓可能情況有所不同。
=========
韓教授書上的混凝土應力-應變關系，可以簡單理解為單向受力的混凝土本構關系（考慮了鋼管的約束），因此不能用于多向應力狀態下混凝土的有限元分析。材料非線性有限元分析，需要定義材料的屈服面，流動準則，強化準則，等等。對受約束的混凝土，還要考慮體積膨脹，鋼管對它的約束等因素。顯然，不是一個簡單的應力-應變曲線所能概括的。
==========
三向有限元分析，需要定義屈服面、流動準則和強化準則等等，而考慮鋼管約束的混凝土本構關系，只是應力-應變關系。
展開 
ANSYS Workbench 中鋼管的壓縮變形分析 ￥20
本實例主要講解了在ANSYS Workbench中如何采用非線性技術計算壓縮變形問題。本實例以一根空心鋼管為例施加一平板來壓扁鋼管，獲取相應的壓縮變形量和應力分布。
關于非線性分析，主要是材料的非線性和接觸非線性，本實例采用等向強化材料模型來模擬應力應變曲線。相應的設置接觸參數使之容易收斂。
1.材料，采用多線性來模擬，
2.將壓板設置為剛體，不參與變形
3.將所有模型取一般分析，設置對稱方式，
4.設置多步載荷，實現壓板的下移與上移
5.提取結果，查看應力或應變
該實例可以較好的在ANSYS Workbench中完成塑形的仿真，對于超過屈服強度的仿真有一定的指導意義
下面的ANSYS Workbench計算源文件包括設置方法和流程
展開 ANSYS Workbench 中鋼管的折彎變形分析 ￥29
ANSYS Workbench 中鋼管的折彎變形分析
奔馳車漏油事件中大家關注到了汽車質量的重要性，汽車發動機當中有很多的油道管線，那么管線在折彎當中會不會發生破裂，導致漏油的發生呢？會不會發生同樣的在奔馳車上讓你哭的情況呢？下面我們從專業的仿真方面考慮管線折彎的這么一個過程.
鋼管折彎是很常見的一種現象，如圖所示，那么手工折彎需要多大的力量呢，折彎過程鋼筋管線會不會變形，很多工人都是靠經驗完成的。如果當我們身邊沒有專業工具的生活，生活中遇到需要折彎鋼管的時候，怎么實現呢，下面通過一個實例來看一下手工鋼管折彎的仿真分析過程。（公眾號：CAE_ANSYS），看看管線折彎過程中的應力分析，查看是否發生管線的破壞。
本實例主要講解了在ANSYS Workbench中如何采用非線性技術模擬鋼管的折彎過程問題。主要涉及到知識點如下：
模型的建立過程，
材料雙線性或非線性的設置方法
鋼管和加工折彎機的接觸設置方法，
折彎過程的設置，
鋼管的進給設定，
鋼管折彎結果的提取，
非線性分析的收斂設定注意事項，關于非線性分析，主要是材料的非線性和接觸非線性，本實例采用等向強化材料模型來模擬應力應變曲線。相應的設置接觸參數使之容易收斂。
展開 基于ANSYS/LS-DYNA的空拔鋼管有限元分析
空拔鋼管過程由于能夠有效靈活地縮減鋼管直徑，獲得所需的機械性能，因而在實際生產中被廣泛應用。目前以實驗分析為主的研究成果一直用于指導工業生產。許多理論研究都將復雜的三維變形簡化為軸對稱變形，對其變形過程與機理仍然缺乏系統深入地認識，導致生產中出現鋼管縱裂、表面橫裂和模具磨損嚴重等問題分析不夠。本文應用ANSYS軟件的LS-DYNA（顯式動力分析）模塊建立了三維空拔鋼管有限元模型，動態模擬了鋼管空拔過程，得到了各種場量的分布及工藝參數對拔制力的影響，進而分析了生產中常見問題的成因，并為模具和拔管優化設計提供了可靠的理論依據。
1 分析模型的建立
1.1 基本原理
空拔鋼管是一個既有接觸非線性，又有幾何非線性和邊界非線性的多重非線性相互耦合問題，鋼管和模具的幾何模型如圖1所示，其變形區分為減徑區和定徑區兩部分，在拔制力的作用下鋼管和模具接觸，鋼管在軸向伸長的同時產生徑向收縮，進入定徑區后鋼管產生彈性恢復。
根據虛功率原理建立考慮變形速度和加速度的有限元方程為：
式（1）通常有隱式和顯式兩種解法，本文采用了ANSYS軟件的LS-DYNA模塊所提供的顯式解法。
1.2 空拔鋼管有限元模型的建立
鋼管和模具幾何上是繞同一軸線的回轉體，利用ANSYS前處理器很容易建立起鋼管和模具的三維實體模型。選用具有顯式分析功能的SOLID164單元對實體模型劃分網格，為得到較為規則的網格分布，本文采用了映射分網技術（Mapped mesh），分網后鋼管和模具的有限元模型如圖2所示。
展開 ANSYS workbench 循環對稱壓力容器靜力分析 ￥10
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
你會得到什么：
1、學習壓力容器的三維模型處理
2、學習線性靜結構分析步的建立
3、學習壓力容器分析的載荷施加
4、學習壓力容器對稱循環約束的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 壓力容器分析。
本案例完整得提供了分析相關所有分析文件。
?
ANSYS workbench 壓力容器分析 ￥10
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
你會得到什么：
1、學習壓力容器的三維模型處理
2、學習壓力容器相關的接觸設置
3、學習非線性靜結構分析步的建立
4、學習壓力容器分析的載荷施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 壓力容器分析。
本案例完整得提供了分析相關所有分析文件。
?
ansys beam189 壓力加載
對于ansys中梁如何施加壓力載荷，我給出了方法，見附件，個人原創，非轉載
beam189 壓力加載pdf.pdf
ANSYS workbench壓力管道螺栓連接分析 ￥10
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
你會得到什么：
1、學習壓力管道的三維模型處理
2、學習螺栓連接非線性接觸相關的接觸設置
3、學習非線性靜結構分析步的建立
4、學習螺栓連接非線性接觸分析的載荷施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 壓力管道螺栓連接分析。
本案例完整得提供了分析相關所有分析文件。
?
Ansys在壓力容器行業的典型應用（上）
壓力密封提高安全性
? 設計中的難點
‐ 井下操作一般是在高溫高壓性進行，如何在高壓情況下（15~20kpsi）提高井的密封性是工程師關注的問題
‐ 在密封時涉及彈性體和金屬密封件的大非線性變形
‐ 磨損后在流體壓力過高的情況下容易產生泄露
? Ansys技術方案
‐ 通過Ansys Mechanical強大的非線性結構求解器來了解密封壓力，從而改進高溫、高壓下密封設計；通過接觸進行流體壓力泄漏研究，能有效防止因漏油引起的大規模環境災害
‐ 通過Ansys CFD預測泄露物的擴散
? 推薦Ansys模塊
‐ Ansys Mechanical Enterprise + Ansys CFD Premium
螺栓
? 設計中的難點
- 螺栓連接的準確評估對于確保承壓和承重組件的可靠運行至關重要
? Ansys技術方案
‐ 基于Ansys結構仿真可以可以進行幾何非線性仿真，進行螺栓預緊工具設計，實現多步分析
‐ 更好地了解由于組裝和服務中加載而產生的連接行為
‐ 失效模式預測和評估
‐ 洞察超出設計條件的行為
? 推薦Ansys模塊
‐ Ansys Mechanical Enterprise
法蘭連接接觸分析
輸入條件
模型幾何參數、螺栓預緊力、內壓
仿真流程
結果與效果
緊固件承載情況，法蘭應力水平等
壓力容器法蘭螺栓螺紋疲勞壽命分析
輸入條件
壓力容器法蘭及連接螺栓在40種壓力工況和40種溫度工況下，考慮螺栓預緊力以及各部件之間的接觸，進行非線性熱-結構耦合應力分析。
展開 ANSYS在壓力容器行業的應用-應力強度分析
載荷
在有限元模型上施加以下載荷：
一、內壓Pc：介質接觸所有表面包括筒體、封頭、接管、法蘭內表面及法蘭有效密封寬度面內側承受內壓Pc作用，各工況分別施加；
二、墊片壓緊力等效壓力PF：作用于接管法蘭墊片有效密封寬度面上的墊片壓緊力等效壓力PF，根據標準JB4732-1995式（D.4-2），有下列推導，各工況分別施加：
三、螺栓作用力等效壓力Pw：作用于接管法蘭螺栓圓作用面上（法蘭盤背面）的螺栓作用力等效壓力Pw，根據標準JB4732-1995式（D.4-5），有下列推導：
其中D1，D2為螺栓圓作用面的外徑和內徑，三種工況分別施加；
圖3-設備邊界條件施加圖
圖4-設計工況載荷施加
應力分析結果及評定
由于篇幅限制，操作工況及水壓試驗工況的結果及評定不在文中展示
應力強度評定標準
根據JB4732-1995《鋼制壓力容器-分析設計標準》(2005年確認)進行應力強度評定。使用應力分類法進行應力評定，應力線性化路徑的選取原則是：通過分析構件應力強度最大節點、其它高應力強度區選定節點及關注部位相應節點，并沿壁厚方向的最短方向設定應力線性化路徑。各模型的應力線性化路徑示意圖均選取在設計工況應力分布圖上標注，最終評定路徑的始終節點分別在三種工況應力計算結果上選取。
展開 ANSYS壓力容器應力分析報告
ANSYS壓力容器應力分析報告
一. 設計分析依據
（1）《壓力容器安全技術監察規程》
（2）JB4732-1995《鋼制壓力容器——分析設計標準》（2005 確認版）
1.1 設計參數
表1 設備基本設計參數
1.2 計算及評定條件
(1) 靜強度計算條件
表2 設備載荷參數
注：在計算包括二次應力強度的組合應力強度時，應選用工作載荷進行計算，本報告中分別選用設計載荷進行進行計算，故采用設計載荷進行強度分析結果是偏安全的。
(2) 材料性能參數
材料性能參數見表3，其中彈性模量取自JB4732-95 表G-5，泊松比根據JB4732-95 的公式（5-1）計算得到，設計應力強度分別根據JB4732-95 的表6-2 和表6-6 確定。
表3 材料性能參數性能
(3) 疲勞計算條件
此設備接管a、c 上存在彎矩，接管載荷數據如表4 所示。
表4 接管載荷數據表
二. 結構壁厚計算
按照靜載荷條件，根據JB4732-95 第七章（公式與圖號均為標準中的編號）確定設備各
元件壁厚，因介質密度較小，不考慮介質靜壓，同時忽略設備自重。
1.筒體厚度
因Pc=2.97MPa<0.4KSm=0.4×1×134.8=53.92MPa，故選用JB4732-95 公式（7-1）計算筒體厚度：
3.開孔接管
接管開孔采用16MnⅡ厚壁管，結構見總圖及零件圖，各開孔厚壁管有效尺寸如表5 所示：
表5 接管有效尺寸
三. 結構有限元分析
按照JB4732-1995 進行分析，整個計算采用ANSYS軟件，建立有限元模型，對設備進行強度應力分析。
3.1 有限元模型
(1)上封頭部分
根據上封頭的結構特點和載荷特性，建立了1/2 上封頭的力學模型。
展開 Ansys在壓力容器行業的典型應用（下）
? Ansys技術方案
‐ 采用Ansys Mechanical對設備的強度進行評估
‐ Ansys ncode對設備的疲勞進行評估
? 推薦Ansys模塊
‐ Ansys Mechanical Enterprise + ncode
橢圓封頭中心接管應力分析
輸入條件
幾何模型、內壓、彎矩、接管端部軸向平衡拉力
仿真流程
結果與效果
?得到了在內壓及接管彎矩共同作用下結構的應力分布及變形；
?按照JB4732-1995 《鋼制壓力容器- 分析設計標準》對封頭與接管連接焊縫處危險截面進行應力強度評定，分析結果表明，強度滿足要求。
加壓氣瓶的跌落
輸入條件
幾何、材料數據、跌落高度、失效條件
輸出
預應力結果
跌落評估
壓力管道流體-結構-熱耦合及線性化評定分析
輸入條件
壓力管道幾何模型、入口介質流速/溫度、對流系數、螺栓預緊力、內壓
仿真流程
結果與效果
?通過熱流體流體特性，計算得到管道溫度分布、熱應力與機械應力綜合分布及熱變形，從而對管道危險截面進行線性應力評定分析
壓力容器尺寸優化分析
輸入條件
壓力容器三維幾何模型，材料參數，載荷及約束條件，接觸連接關系。
仿真流程
結果與效果
?分析各設計變量對輸出參數的影響趨勢，為壓力容器設計提供技術支持。
?通過優化分析可以方便地實現設計方案修改、多方案對比和優化設計，使壓力容器設計在滿足強度和有限元壽命的前提下進行輕量化設計。
球罐動力學分析
輸入條件
球罐三維幾何模型、廠房內部構件樓板響應譜轉換為人工擬合時程、接觸連接關系。
展開 