ansys在压力管道分析中的应用

jtxqhm

最近碰到一个问题，有人需要计算冷库管道是否属于低温低应力工况。
冷库管道安装时是常温，使用时有些管道温度会低至-25度。一开始以为这是个热固耦合问题，觉得很麻烦，后来想想压力管道只要考虑到达稳定工况下-25度下的收缩引起的变形应力即可，不需要考虑传热等复杂问题，因此直接用shell93单元进行计算，设定参考温度为20度，然后施加载荷时在节点施加工作时的温度。为了验证是否可行，自己作了一个简单的考题。

假定有一根长1m的φ259×6mm的直管，其两端垂直固定，有三种载荷工况：（1）承受2MPa内压；（2）温度由20℃变化到-20℃；（3）即承受2MPa内压，温度又由20℃变化到-20℃。比较这三种工况下材料力学及有限元分析计算的轴向应力是否相符。

材料特性：杨氏弹性模量E=2.0×1011Pa=2.0×105MPa,泊松比μ=0.3，热膨胀系数α=1.06×10-6℃-1。
（1）仅在压力作用下：
由材料力学计算环向应力σ环=PR/t=2*126.5/6=42.2MPa。第一张图上有限元计算结果为43MPa，较接近。
该问题中，在内压作用下管子沿直径方向鼓胀，轴向有收缩趋向，但是因为轴向两端固定，阻碍了其收缩，因此在管子中产生轴向拉伸应力，该问题实际上可认为属于平面应变问题，其轴向力为环向应力产生的泊松应力，轴向应力σ轴=μ*σ环=0.3*42.2=12.66MPa,第二张图上有限元计算的轴向应力为13MPa，较接近。
（2）仅在温度作用下



  温度从20℃—>-20℃，若杆件两端自由，则杆子变形量：δl=α(t2-t1)*l=1.06×10-6*(-20-20)*1=-4.24×10-4m.
实际上杆子两端固定，阻碍降温时的管子收缩，此时管子内壁存在轴向拉伸应力：σ轴=Eε=E*δl/l==2×105*4.24×10-4/1=84.8MPa。第三张图上有限元计算的值为82.7~85MPa，与理论计算较接近，仅在靠近端部有微小差别这主要是计算时采用shell93有6个自由度，仅约束轴向位移时端部因为微笑偏差，计算值会存在微笑差异，但在工程上这点差异应该可以接受。
（3）既有内压，又有温度变化
  此时理论计算轴向应力为上两种工况计算值之和，σ轴=12.66+84.8=97.46MPa，而第四张图上优先元计算的轴向应力在95~97.6MPa之间。有限元计算与理论计算较接近。






     通过这个考题，说明在计算压力管道的应力时可以不用采用热固耦合的方法，直接用shell93单元建模，施加压力、重力后，再在节点施加温度即可。当然要根据初始安装时温度设定参考温度。
     不知道用管单元能不能直接这样计算，暂时没有试验过。大家一起讨论下呀。

jtxqhm

这是后来计算的冷库管线在-25度，2.5MPa内压下的应力强度云图
及局部放大部位的轴向应力值

chanyue

请问楼主最后一幅图上如何施加的约束啊

jtxqhm

我是将管道与泵等相连得部位处理成约束所有自由度

chimingryan419

求命令流  楼主拜托啦

chimingryan419

求命令流 楼主拜托啦 chimingryan419@163.com

jslx20100713

楼主，求命令流压！