應(yīng)力分析，管道設(shè)計，三維設(shè)計的案例
管道應(yīng)力分析規(guī)范更新影響ASME B31.3 應(yīng)力范圍及其對管道設(shè)計的影響
公式 5 和 6 顯示了使用 2022 年應(yīng)力范圍因子進行的相同計算。
2020 年規(guī)范版本中的許用應(yīng)力對于大于 10,000 次的循環(huán)產(chǎn)生了保守的許用應(yīng)力，如圖 1 中的灰色區(qū)域所示。計算每個許用值的持續(xù)應(yīng)力（SL @ 節(jié)點 5 = 1,954 psi） 兩個規(guī)范版本的公式 2 相同。 該值用于公式 5 和 7。
節(jié)點 10 的計算可以以類似的方式執(zhí)行，并考慮到 SL 值可能因元件的相對側(cè)而變化。 這進一步證實了 B31J新方法 實施并納入 START應(yīng)力分析軟件的理論的有效性，有效降低了許用應(yīng)力并消除了循環(huán)超過 40,000 次循環(huán)的循環(huán)管道系統(tǒng)的保守性不足的趨勢。
更好的軟件，更安全的設(shè)計
2022 版 ASME B31.3 規(guī)范對膨脹載荷工況的許用應(yīng)力進行了重大更改，特別是在應(yīng)力范圍系數(shù) (f) 的計算方面。 這些變化基于 Paulin 研究小組實驗室進行的廣泛研究和測試。 規(guī)范中的新方法使管道三通的設(shè)計更加準確和保守，特別是在高循環(huán)應(yīng)力范圍內(nèi)。 通過實施這些變革，行業(yè)可以確保管道系統(tǒng)的安全性和可靠性。
要了解有關(guān)這些規(guī)范更改背后的研究以及它們?nèi)绾斡绊懩?em>管道設(shè)計的更多信息，我們鼓勵您立即與我們的一位顧問聯(lián)系。
展開 三維管道設(shè)計軟件PipeCAD
三維管道設(shè)計軟件
PipeCAD V1.0
Key Words. PipeCAD, 三維管道設(shè)計軟件
轉(zhuǎn)眼已經(jīng)是2021年最后一天了，先發(fā)布三維管道設(shè)計軟件PipeCAD的第一個版本！
項目數(shù)據(jù)庫
PipeCAD以項目數(shù)據(jù)庫為核心，將工廠設(shè)計信息全部保存到數(shù)據(jù)庫中，可以為圖紙自動生成、材料報表等提供數(shù)據(jù)源頭；
PipeCAD以項目數(shù)據(jù)庫為核心，可以為工廠數(shù)字化交付提供數(shù)據(jù)源頭；
圖形平臺
獨立的圖形平臺，不依賴第三方CAD軟件（如AutoCAD）
參數(shù)化管件庫
簡化標準管件建庫，通過表格輸入數(shù)據(jù)，自動生成參數(shù)化部件。如果標準庫里沒有你需要的管件，請聯(lián)系我們添加。
參數(shù)化型材庫
簡化標準型材建庫，通過表格輸入數(shù)據(jù)，自動生成參數(shù)化部件。如果標準庫里沒有你需要的管件，請聯(lián)系我們添加。
等級驅(qū)動
管道建模等級驅(qū)動，減少錯誤，提高效率
標準設(shè)備
提供標準參數(shù)化設(shè)備，提高設(shè)備建模效率
梯子平臺
參數(shù)化梯子平臺建模
管道軸測圖
自主研發(fā)的管道軸測圖生成算法IsoAlgo，兼容ISOGEN的圖形符號
管道布置圖
自動生成帶尺寸標注、件號標注的管道平面布置圖
定制開發(fā)
PipeCAD提供Python開發(fā)接口，用戶可以使用Python在PipeCAD進行定制功能的開發(fā)。
下載地址
在PipeCAD官方社區(qū) https://support.qq.com/products/369895/ 下載。如果有什么問題、意見建議都可以在官方社區(qū)進行反饋。
展開 ALGOR管道設(shè)計與分析模塊PipePak介紹
ALGOR的PipePak給管道設(shè)計人員和工程師定義完整管道系統(tǒng)并依據(jù)工業(yè)標準管道規(guī)范進行結(jié)構(gòu)分析提供了工具。PipePak的設(shè)計、分析、校驗和報告功能使得工程師可以更快地創(chuàng)建更好、更可靠的管道系統(tǒng)。
界面
PipePak的基于Windows的圖形用戶界面包括：
■ 基于Windows的界面提供右鍵功能、多視圖和嵌入工具條
■ 樹式視圖可以方便地瀏覽和查看所有的管路系統(tǒng)數(shù)據(jù)
■ 數(shù)據(jù)輸入對話框便于數(shù)據(jù)輸入、查看和修改
■ 可以從單個或多個電子表數(shù)據(jù)格或行中剪切、拷貝和粘貼數(shù)據(jù)
■ 可以直接根據(jù)選中構(gòu)件進入對應(yīng)的定義該構(gòu)件電子表位置
■ 三維動態(tài)查看選項，包括方位、旋轉(zhuǎn)、縮放等
■ 內(nèi)置數(shù)據(jù)庫管理，可以增加、修改、刪除數(shù)據(jù)，比如管道尺寸、材料參數(shù)、許用應(yīng)力、閥門、法蘭、風載、地震、泵、吊架、塑膠管道參數(shù)
■ 內(nèi)置數(shù)據(jù)檢查確保輸入合理
■ 對允許溫度范圍進行檢查
■ 支持標準和用戶定義單位系統(tǒng)
■ 對管道組件可以方便地應(yīng)用應(yīng)力強化因子，比如接搭法蘭、閥門以及變厚度或具有其它物理參數(shù)的彎頭
■ 集成的報告觀看可以顯示輸入和輸出報告
建模
PipePak給工程師提供了建立管道系統(tǒng)模型的若干途徑：直接在內(nèi)置的基于Windows的電子表中定義管道布局、在Superdraw模型工具中繪制管道系統(tǒng)、在Superdraw中打開CAD通用圖形文件并修改幾何模型、打開其它管道軟件的文件等。
展開 談?wù)勶w機結(jié)構(gòu)細節(jié)應(yīng)力分析技術(shù) 附實用飛機結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析及尺寸設(shè)計下載
因此，可以采用簡化連接的方法，使分析模型規(guī)模可接受，而分析精度又能得到保證。然而，手動實現(xiàn)連接工作巨大，且質(zhì)量難以保證，必須開發(fā)自動連接功能。
典型螺栓連接▲
螺栓簡化連接▲
自主開發(fā)的自動分層連接技術(shù)，使得用戶只需輸入連接件的法矢及材料與直徑，程序就可在細節(jié)模型中，對被連接結(jié)構(gòu)進行智能化分層判斷、連接剛度計算，自動完成分層簡化連接，以及預緊力施加，并提供連接處各層的穿透、漏桿等錯誤信息，大大提高了效率和質(zhì)量。
面對更高的要求，飛機結(jié)構(gòu)細節(jié)應(yīng)力分析技術(shù)仍需要不斷向前發(fā)展。“”細節(jié)決定成敗，精益創(chuàng)造未來”值得疲勞專業(yè)不斷踐行的專業(yè)理念。
下載地址：實用飛機結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析及尺寸設(shè)計
展開 
Piping Systems FluidFlow 3.44 管道設(shè)計和流體分析
許多公司仍然使用基于文件的...
39、Bentley.OpenPlant.Isometric.Manager.V8i.SS5.08.11.09.404 1CD 管道軸測圖設(shè)計軟件
40、管道流體力學三維分析軟件 Pipe Flow Advisor 1.11 1CD
41、FEPipe v4.111 1CD（管道及設(shè)備有限元分析軟件）
FEPipe v4.111 1CD（管道及設(shè)備有限元分析軟件） Flow Advisor v1.01（用來估計從各種形狀的通道和容器中出來的水流速度） Hydpro.v1.2.19.WinALL 1CD（水文測量軟件） Nozzle Pro v5.2 1CD（快速且容易建立管嘴、馬鞍座、管鞋及...
42、ProCAD 3DSmart 2011 v11.0.0.2 Win32&64 1DVD(專業(yè)版，智能化的復雜三維管道設(shè)計軟件)
ProCAD 3DSmart v2011 ProCAD 3DSmart 2011 v11.0.0.2 Win32-ISO ProCAD 3DSmart 2011 v11.0.0.2 Win64-ISO PROCAD的3DSMART可以讓你生成有效和精確的三維圖形, 其便捷程度超出你的想象. 作為三維設(shè)計軟件, 3DSMART集最先進的技術(shù), 難...
43、SST Systems Caepipe v7.0 1CD(管道應(yīng)力分析軟件)
SST Systems Caepipe v7.0 1CD(管道應(yīng)力分析軟件) 美國SST System, Inc(SST)公司研發(fā)的壓力管道應(yīng)力分析和動力分析專業(yè)軟件。它既可以分析計算靜態(tài)分析，也可進行動態(tài)分析。
展開 三維偏差分析技術(shù)中的尺寸公差分析設(shè)計應(yīng)用
國內(nèi)外先進汽車設(shè)計公司設(shè)有尺寸工程部門，利用公差分配技術(shù)將公差目標分配到各級并進行公差精度優(yōu)化，保證產(chǎn)品質(zhì)量。那么三維偏差分析技術(shù)中的尺寸公差分析如何設(shè)計應(yīng)用呢？下面就由棣拓軟件給大家解答。
1 三維偏差分析軟件及算法
專業(yè)公差管理軟件主要有3DCS和Vis_VSA，分別由DCS及UG公司開發(fā)的一套零件、裝配件公差分析與設(shè)計軟件。目前國內(nèi)能夠獨立應(yīng)用這些軟件進行公差設(shè)計的整車廠較少，國內(nèi)開展基于三維偏差分析的公差設(shè)計工作更多地是采取與商業(yè)咨詢公司聯(lián)合應(yīng)用這些軟件開發(fā)尺寸系統(tǒng)。
1.1 偏差分析軟件算法
公差分析的方法有極值法和統(tǒng)計公差方法兩類，根據(jù)分布特性進行封閉環(huán)和組成環(huán)公差的分析方法稱為統(tǒng)計公差法。為了便于描述，先定義公差函數(shù)。公差函數(shù)是尺寸鏈中欲求解封閉環(huán)或組成環(huán)與已知組成環(huán)和封閉環(huán)函數(shù)關(guān)系的表達式，設(shè)公差函數(shù)為：
y=f(x1, x2, x3, …, xn)
式中，y為欲求解的封閉環(huán)或組成環(huán)的尺寸及偏差；n為已知組成環(huán)和封閉環(huán)的個數(shù)；x1, x2，… ，xn為相互獨立的已知的組成環(huán)和封閉環(huán)的尺寸及偏差。對于線性尺寸鏈，可以從極值法的公式中推導出公差函數(shù)；對于非線性尺寸鏈，公差函數(shù)沒有統(tǒng)一的表達式，要根據(jù)尺寸鏈的幾何關(guān)系確定。
DTAS尺寸鏈計算和公差仿真分析專家系統(tǒng)軟件中采用蒙特卡羅模擬法進行公差模擬分析。蒙特卡羅算法的基本思想為當所求解問題是某種隨機事件出現(xiàn)的概率，或者是某個隨機變量的期望值時，通過某種“實驗”的方法，以這種事件出現(xiàn)的頻率估計這一隨機事件的概率，或者得到這個隨機變量的某些數(shù)字特征，并將其作為問題的解。用蒙特卡羅算法求解公差問題，其實就是把求封閉環(huán)尺寸公差的問題轉(zhuǎn)化為求解一個隨機變量的統(tǒng)計問題來處理；封閉環(huán)尺寸公差的確定，采用隨機模擬和統(tǒng)計實驗的方法求解，用這種方法得到的結(jié)果比較符合實際情況。
展開 錐齒輪的三維設(shè)計和有限元分析
因此輪齒失效的主要原因之一是受載輪齒齒根圓角處的彎曲拉應(yīng)力過大，這些應(yīng)力往往使齒輪的總壽命縮短，而在高峰載荷作用下，使輪齒突然斷裂。
錐齒輪的三維設(shè)計和有限元分析.doc
三維船舶設(shè)計圖形工作站特點分析
這是未來趨勢，設(shè)計部門不僅僅對設(shè)計人員素質(zhì)要求提升，還要有更好的設(shè)計利器-專業(yè)圖形工作站，幫助加速完成船舶設(shè)計與性能分析，贏得先機.對大型船舶與海洋工程設(shè)計項目的特點：系統(tǒng)復雜、船型多、涉及專業(yè)廣、各個環(huán)節(jié)各個專業(yè)同步并進，協(xié)調(diào)，變化而動全身，其設(shè)計與性能分析過程的每個環(huán)節(jié)的軟件計算具有不同特點，細化分類，給出匹配的高效能計算架構(gòu)的工作站硬件配置方案，幫助船舶設(shè)計單位更從容地完成大型、復雜船舶和海洋工程設(shè)計和船舶建造，滿足所有者對快速實現(xiàn)船隊現(xiàn)代化日趨迫切的需求
船舶與海洋工程設(shè)計是一個典型CAD/CAE/CAM應(yīng)用范例，主要方面歸納為：
（1）大型三維船舶設(shè)計參數(shù)化設(shè)計技術(shù)是一種面向產(chǎn)品制造全過程的描述信息和信息關(guān)系的產(chǎn)品數(shù)字建模方法，參數(shù)化、三維可視設(shè)計軟件大大加速船舶開發(fā)過程，縮短研發(fā)時間，但是面對更大的數(shù)據(jù)計算量和圖形實時生成計算量巨大膨脹，計算機計算速度和顯示速度更高要求
典型軟件 TRIBON、NAPA、CADDS5、 CATIA、Maxsurf
計算特點：三維可視設(shè)計架構(gòu)，大型船舶架構(gòu)復雜，對計算機圖形生成如幾何頂點計算量巨大，計算機圖形生成主要靠單核完成，所以復雜的模型生成，CPU頻率至關(guān)重要
設(shè)計工作站配置 待更新
工作站配置特點：
上述方案擁有目前最高頻率架構(gòu)，徹底解決了面對復雜模型交互設(shè)計過程，模型操作卡、頓問題，讓你更流暢從容設(shè)計，當然具體使用哪種軟件還有不同硬件優(yōu)化，視情況可以做配置調(diào)整（2）大型船舶建模（CAE前處理、網(wǎng)格劃分）
在有限元求解之前，必須要對三維船舶和海上結(jié)構(gòu)構(gòu)建有限元模型（CAE前處理、網(wǎng)格劃分），這個階段主要操作:實體幾何建模、殼單元網(wǎng)格劃分、網(wǎng)格變形、詳細分析模型建立、曲面幾何建模等，網(wǎng)格劃分正確與否對計算結(jié)果的精度和計算規(guī)模大小至關(guān)重要
典型軟件：HyerMesh，ANSYS ICEM CFD
推薦配置 待更新
工作站配置特點分析
展開 CAE工程分析 | 應(yīng)力分類設(shè)計
，并不具有權(quán)威性，希望大家有選擇性地借鑒
02 什么是應(yīng)力分類設(shè)計
從字面上解釋，應(yīng)力分類設(shè)計即對應(yīng)力進行分類，根據(jù)不同位置應(yīng)力導致結(jié)構(gòu)失效的特點按照不同的準則進行限制的設(shè)計方法
需要說明下，雖然應(yīng)力分類設(shè)計這個概念本身是具有行業(yè)普適性的，但是由于各種原因，目前主要在壓力容器行業(yè)使用較為頻繁，因此文章所敘述的內(nèi)容更偏向于應(yīng)力分類設(shè)計在壓力容器行業(yè)中的應(yīng)用，比如壓力容器中的典型分類：
通過前文案例敘述，大家可以感受到，應(yīng)力分類設(shè)計為了更加充分的利用材料性能，相較于以前的彈性失效準則，引入了塑性失效準則
塑性失效準則表示，當結(jié)構(gòu)在主要承載斷面上全部進入塑性，結(jié)構(gòu)會發(fā)生塑性失效，此時結(jié)構(gòu)抵抗外載能力大大降低
但是由此帶來一個問題，按照塑性失效準則進行判斷意味著需要進行彈塑性有限元分析，這對于工程應(yīng)用極為不便
為了解決這個問題，應(yīng)力分類設(shè)計中提出了“名義彈性應(yīng)力”的概念，也即使用彈性應(yīng)力分析方法進行計算，塑性失效準則進行評定
如圖L型支架，材料屈服強度200MPa，切線模量取1/20*彈性模量，如果使用彈塑性計算，得到的真實應(yīng)力為221MPa，但是如果使用線彈性計算，得到的應(yīng)力為334MPa。
展開 基于ANSYS/CFX漸加速雙螺桿設(shè)計及三維流場分析
以SolidWorks為三維建模平臺，ANSYS/CFX為仿真基礎(chǔ)進行仿真模擬[13],得出物料在優(yōu)化后的漸加速雙螺桿機筒中的運動和加工過程以及三維流場，并與傳統(tǒng)雙螺桿擠出機進行對比，以期為提高雙螺桿擠出機的混合效率和工作性能提供理論依據(jù)。
1 漸加速型雙螺桿三維模型及流道模型參數(shù)
1.1 漸加速雙螺桿三維模型
圖1為漸加速型雙螺桿三維模型，由兩個完全相同的單螺桿組成，同向嚙合且速度相同。單螺桿為雙頭螺桿，螺紋牙型為三角形，螺旋線方向為左旋，由普通輸送段、加速混合段、加速輸送段組成，螺桿總長480 mm, 內(nèi)徑56 mm, 外徑72 mm, 螺距30 mm, 兩螺桿中心距為78 mm。加速混合段結(jié)構(gòu)由雙頭、錯位角為90°、厚度為10 mm的8個捏合塊組成，捏合塊端面形狀和螺桿端面形狀一致，加速混合段和加速輸送段分別內(nèi)嵌行星輪系。
圖1 漸加速型雙螺桿三維模型
1.2 漸加速型螺桿加速原理及齒輪設(shè)計參數(shù)
加速原理：行星輪系分別由太陽輪、行星輪、齒圈、行星架構(gòu)成，其中太陽輪固定不動，齒圈與螺桿內(nèi)壁固定，行星架通過中心軸與前一段螺桿連接獲取轉(zhuǎn)速使齒圈加速旋轉(zhuǎn)，使得后一段螺桿轉(zhuǎn)速相對于前一段螺桿轉(zhuǎn)速增加，從而實現(xiàn)漸加速。加速輸送段和加速混合段行星輪系如圖2所示，齒輪設(shè)計參數(shù)見表1。
1.3 有限元模型
將SolidWorks三維模型導入到ANSYS/CFX模塊中，在geometry中進行填充和布爾操作得到其流道模型如圖3(a)所示，然后導入到mesh中進行四面體網(wǎng)格劃分得到網(wǎng)格劃分模型如圖3(b)所示，其節(jié)點數(shù)為99 672,元素數(shù)388 539,最后進行求解和結(jié)果分析。
2 數(shù)學模型和參數(shù)設(shè)計
2.1 仿真條件假設(shè)
仿真設(shè)置豆粕為試驗材料。
展開 Abaqus應(yīng)力線性化-ASME Sec VIII Div 2_壓力容器分析設(shè)計
關(guān)于壓力容器分析設(shè)計的討論大多是基于ANSYS的應(yīng)力線性化，而這方面Abaqus的公開資料不多，其實Abaqus早期版本就提供了在CAE界面下進行應(yīng)力線性化的操作，為方便初學者使用Abaqus進行壓力容器分析設(shè)計，這篇文章介紹一下Abaqus應(yīng)力線性化。
01. 壓力容器分析設(shè)計規(guī)范
目前最成熟、使用最多的壓力容器規(guī)范是由美國機械工程師協(xié)會（ASME）的鍋爐及壓力容器委員會（BPVC）制定的，我國的壓力容器相關(guān)規(guī)范有GB150、JB4732、JB4734等。
壓力容器的分析設(shè)計有別于傳統(tǒng)設(shè)計，主要是指通過有限元計算來校核壓力容器的設(shè)計方法，在ASME的壓力容器規(guī)范中是ASME Sec VIII Div 2的部分，相當于我國的JB4732。
分析設(shè)計的重要環(huán)節(jié)是應(yīng)力線性化，為什么要進行應(yīng)力線性化呢？其實主要是因為壓力容器的不同類型的故障（失效）模式是由不同類型的應(yīng)力引起的，所以ASME的研究人員將它們進行了應(yīng)力分類。
壓力容器的各種失效模式
ASME壓力容器規(guī)范的應(yīng)力分類
如上圖所示，這些應(yīng)力的類別大致分為三類：一次應(yīng)力、二次應(yīng)力和峰值應(yīng)力，它們分別對應(yīng)不同的故障模式。
一次應(yīng)力與總塑性變形（gross plastic deformation）有關(guān)；
二次應(yīng)力（在一次應(yīng)力的基礎(chǔ)上）與增量塑性坍塌（incremental plastic collapse）有關(guān)；
峰值應(yīng)力（在一次與二次應(yīng)力的基礎(chǔ)上）與疲勞失效（fatigue failure）有關(guān)。
展開 
基于Simsolid的MCM-BGA封裝體運行溫度及熱應(yīng)力分析與優(yōu)化設(shè)計
圖14 不同散熱罩厚度下的MCM-BGA封裝體上的溫度及熱應(yīng)力
結(jié)論
本案例通過使用Simsolid對MCM-BGA封裝體進行了熱分析及熱應(yīng)力計算，主要得到了幾條結(jié)論：
1) 散熱罩厚度為2mm、基板厚度為1mm的MCM-BGA封裝體進行了熱分析得出封裝體運行時芯片及其附近的區(qū)域溫度較高，最高溫度為119.2℃；熱應(yīng)力分析得到熱應(yīng)力集中出現(xiàn)在熱點焊點位置，熱應(yīng)力峰值為375.54MPa；
2) 使用ABAQUS對Simsolid的分析結(jié)果進行驗證，通過比較溫度場及熱應(yīng)力分布云圖及提取數(shù)據(jù)點得出，Simsolid分析結(jié)果的準確性較高；
3) 通過Simsolid對該封裝體的基板進行優(yōu)化設(shè)計，通過比較不同基板厚度下的峰值溫度及峰值熱應(yīng)力得出最佳的基板厚度為1.1mm；
4) 在最佳基板厚度下，探究了不同散熱罩厚度下封裝體的峰值溫度及熱應(yīng)力變化。結(jié)果表明，隨散熱罩厚度增加，封裝體的溫度較低。在實際設(shè)計過程中應(yīng)結(jié)合多方面因素進行選取，本次案例中選擇最佳的散熱罩厚度為2.2mm。
參考文獻
[1] B L G A , A Y P X , B B D A , et al. Thermal management and structural parameters optimization of MCM-BGA 3D package model[J]. International Journal of Thermal ences, 147.
[2] 王宏偉. 集成電路芯片封裝熱應(yīng)力分析[J]. 新余學院學報, 2006, 11(004):87-90.
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