ansys壁厚計算的案例
厚壁管的自增強技術有限元數值計算
厚壁管的自增強技術有限元數值計算
1 概述
自增強是利用材料自身的彈塑性變形產生預加應力，從而增強承載能力的方法，自增強技術在很多方面都有應用，通常炮管、壓力容器等，壁厚較大的容易尤其應用較多，這些構件承載壓力一般也很大。
常用的自增強處理的過程是在管子的內壁上施加足夠大的徑向力，使材料發生一定的塑性變形，達到這一過程多采用靜壓法，也即施加較大的壓力，使材料超過其屈服極限。
本次以一個厚壁管子的自增強作介紹，參考《Analysis of autofrettaged high pressure components》。
2 過程
對于此類回轉體，可以采用軸對稱模型進行計算。如圖1，內徑1.5mm，外徑5mm，高度1mm。
圖1 幾何模型
自增強過程材料必定會發生塑性變形，因而定義材料屬性時包括彈性階段（彈性模量和泊松比）以及塑性階段（應力應變），如圖2，塑性定義時需要考慮材料的強化屬性，材料真實的強化規律很復雜，通常采用簡化的等向強化和隨動強化兩種模型進行代替。
等向強化模型假設，在塑性變形過程中，加載面作均勻擴大，即加載面僅決決定于一個強化參量；隨動強化模型假設,在塑性變形過程中，加載面的大小和形狀不變，僅整體地在應力空間中作平動。
對于多數實際材料,強化規律大多介于等向強化和隨動強化之間。在加載過程中,如果在應力空間中應力矢量的方向(或各應力分量的比值)變化不大，則等向強化模型與實際情況較接近。由于這種模型便于數學處理，所以應用較為廣泛。隨動強化模型考慮了包辛格效應，可應用于循環加載和可能反向屈服的問題中。
圖2 材料屬性定義
自增強過程是預處理過程，即在正常使用之前在管子內壁面施加足夠大的壓力，然后卸載，再即是正常使用，本次載荷步設置三個，載荷步1為加壓過程，載荷步2為卸載過程，載荷步3為正常工作。
展開 ANSYS Workbench壓力容器壁厚優化設計 ￥19
在傳統的壓力容器設計中，為了保證容器的安全性，設計者總是盡量增大容器的壁厚，以增加容器的承壓能力。隨著分析設計概念的提出，設計者越來越多地對壓力容器結構進行優化設計，通過這一過程，可以提高產品設計剛度，滿足技術指標及結構輕量化的目標。本例通過壓力容器壁厚優化設計，最終在滿足給定剛度和強度要求下，使容器的重量達到最小。
問題描述
現有一處于設計狀態的反應器如下圖所示，反應器筒體壁厚均均，無尖角，但在端部部位壁厚在過渡位置處有所增加。
整個反應器采用同一種材料制造，其參數如下：
設計壓力：P=23MPa（工作壓力為21MPa）
彈性模量：E=206GPa
泊松比：μ=0.3
設計要求：通過壁厚的優化設計，使最終在滿足給定的剛度和強度要求下，整個反應器的重量達到最小。筒體壁厚參考范圍16≤t1≤19，端部壁厚21≤t2≤25。規定[σ]=250MPa。
分析說明
下面建立力學模型，根據壓力容器結構特性和受力特點，采用軸對稱結構，在容器內壁施加垂直于壁面的均勻壓力P=23MPa，在封頭端部，根據材料力學理論，其水平拉應力為17.68MPa，方向為y軸正向。
根據截面結構顯示，選定容器的壁厚t1、t2作為設計變量。σ為優化設計中結構的等效應力強度，作為一個約束條件。綜上所述，可得到反應器結構優化設計的數學模型為：
16≤t1≤19
21≤t2≤25
Wt=minf(X)
X=[t]
σ≤[σ]
其中f（X）表示壓力容器的重量。
模擬過程
采用二維軸對稱模型，建模過程中對筒體壁厚參數化，命名為t1、對端部壁厚參數化，命名為t2，模型尺寸如下圖所示，h1=298.5mm,、b1=44.5mm、t2=23mm、b2=b1+t2、r1=185、t1=18、r2=r1+t1、r3=63mm，r4=40mm。
展開 基于ANSYS Workbench 仿真分析液壓閥塊內部油路極限壁厚
1.4 仿真結果及分析
ANSYS Workbench 后處理器提供了友好的用戶界面，可以計算出每個節點的應力值，并能通過云圖的形式表達出來[7]。
通過對液壓閥塊 4 個內部封閉腔施加 42 MPa 的極限壓力后仿真，得出了液壓閥塊所受的 Von Mises等效應力云圖與等效彈性應變云圖，分別如圖 5、圖 6所示。
從計算結果中可以看出，液壓閥塊所受的 VonMises 最大等效應力與最大等效彈性應變出現在最小壁厚間隙為 3 mm 處，最大等效彈性應變達到了0.549 37 mm，相對于 3 mm 的壁厚來講影響比較大，最大等效應力更是達到了 102 MPa。
綜上，對于 6061 鋁件的液壓閥塊來講，從應變的角度來看，5 mm 和 7 mm 間隙的變形量比較小，能夠滿足使用條件，但從最大等效應力上來看，即使是 7mm 間隙的最大應力都已達到 56.6 MPa，當安全系數取 1.8 時，需要 101.88 MPa 的強度才能滿足使用條件，這一強度遠大于 6061 鋁件屈服強度 55.2 MPa，所以鋁件無論在多大的壁厚條件下都不能用到如此高的工作壓力。對于 45# 鋼的液壓閥塊來講，從應變的角度來看，5 mm 和 7 mm 間隙的變形量比較小（同時考慮到液壓閥塊機械加工過程中的工藝性），能夠滿足使用條件，最小壁厚間隙為 3 mm 處最大等效應力為 102 MPa，考慮到 1.8 的安全系數，所需強度為183.6 MPa，小于 45# 鋼的屈服強度 355 MPa，所以45# 鋼在壁厚大于等于 5 mm 的條件下可以用到 42MPa 的使用壓力。
展開 ANSYS兩厚壁筒熱應力分析(間接耦合)
施加鋁筒外壁溫度邊界條件
nsel,all
physics,write,thermal ! 寫溫度場物理分析文件
! 第二步：進行結構場分析的前處理并寫結構場物理分析文件
physics,clear ! 清空物理環境數據
ddel,all ! 刪除溫度場溫度載荷
et,1,82,,,1 ! 選擇結構分析單元
mp,ex,1,30e6 ! 定義鋼筒結構場材料屬性
mp,alpx,1,.65e-5
mp,nuxy,1,.3
mp,ex,2,10.6e6 ! 定義鋁筒結構場材料屬性
mp,alpx,2,1.35e-5
mp,nuxy,2,.33
nsel,s,loc,y,.05 ! 選擇兩厚壁筒頂面節點
cp,1,uy,all ! 耦合節點Y向自由度
nsel,s,loc,x,.1875 ! 選擇鋼筒內壁節點
nsel,a,loc,x,0.6
cp,2,ux,all ! 耦合節點X向自由度
nsel,s,loc,y,0 ! 選擇兩厚壁筒底面節點
d,all,uy,0 ! 施加Y向位移約束
nsel,all
tref,70 ! 定義參考溫度
physics,write,struct ! 寫結構場物理分析文件
save ! 存盤
finish
! 第三步：讀取溫度場物理分析文件進行求解和后處理
/solu
physics,read,thermal !
展開 
【ANSYS Discovery 常見問題解答】設置旋轉壁面后無法計算流場
Discovery Live可以順利計算內外流場，但設置旋轉壁面后就無法計算了，這是什么原因呢？顯卡8G，GPU也僅占用了30%，（這就很難受了，只能計算設定好進出口的流場，而通過旋轉機械產生的流場就計算不了，那設計旋轉壁面干嘛的？無法進行旋轉機械流場仿真嗎？）
