ANSYS14.0前处理壳体截面设置步骤及参数详解

1.定义文件名

GUI：单击Utility Menu→File→Change Jobname，弹出一个对话框，在输入栏中输入analysis of composite pressure vessels，单击“OK”按钮。

2.定义参数

在命令输入窗口中输入：R1=0.015，R2=0.02，R3=0.1，R4=R1+R2+R3，L1=0.009，L2=0.25。

3.选择单元

（1）定义单元

GUI：单击Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete，弹出对话框，单击Add，在弹出对话框的左边选择SHELL，然后在右边选择8node 281单元，单击“OK”按钮。

（2）设置单元关键字

在单元类型对话框中选择SHELL181。然后单击Options选项，在弹出的对话框中设置存储层数据（Storage of layer data）为存储所有层数据（All layers），单击“OK”按钮。返回单元类型界面，然后单击“Close”按钮，关闭对话框。

4.定义材料模型

（1）定义铝合金内胆材料

GUI：单击Main Menu→Preprocessor→Material Props→Material Models，弹出一个对话框，单击Structural→Linear→Elastic→Isotropic，在弹出的面板中输入EX=72E9、PRXY=0.29，单击“OK”按钮，关闭对话框，继续单击Structural→Thermal Expansion→Secant Coefficient→Isotropic，在弹出的面板中输入ALPX=5E-6，单击“OK”按钮，

（2）定义均质基体材料

选择Material→New Model，单击“OK”按钮。GUI：Main Menu→Preprocessor→Material Props→Material Models，弹出一个对话框，单击Structural→Linear→Elastic→Isotropic，在弹出的面板中输入EX=8.82E9、PRXY=0.33，单击“OK”按钮，关闭对话框，继续单击Structural→Thermal Expansion→Secant Coefficient→Isotropic，在弹出的面板中输入ALPX=5E-6，单击“OK”按钮。

（3）定义强化纤维材料

选择Material→New Model，单击“OK”按钮。GUI：Main Menu→Preprocessor→Material Props→Material Models，弹出一个对话框，单击Structural→Linear→Elastic→Isotropic，在弹出的面板中输入EX=3.05E11，单击“OK”按钮，关闭对话框，继续单击Structural→Thermal Expansion→Secant Coefficient→Isotropic，在弹出的面板中输入ALPX=1E-6，单击“OK”按钮，选择Material→Exit，退出定义材料模型行为的面板。

5.定义复合材料失效参数

（1）定义复合材料失效温度范围

GUI：单击Main Menu→Preprocessor→Material Props→Failure Criteria→Temp Variation，在弹出的对话框中选择材料1，单击“OK”按钮，弹出定义失效温度面板，如图9-3所示，输入温度1为500，温度2为900，单击“OK”按钮。

图9-3 定义失效温度面板

（2）定义材料1的失效参数

GUI：单击Main Menu→Preprocessor→Material Props→Failure Criteria→Add/Edit，在弹出的对话框中选择材料1，单击“OK”按钮，弹出失效参数选择面板，如图9-4所示，在面板左侧选择应力（Stress），右侧选择x方向拉伸应力（Tension SXTEN），单击“OK”按钮，弹出失效参数输入面板，如图9-5所示，输入500°的x方向拉伸失效应力为700E6，900°的x方向拉伸失效应力为490E6，单击“OK”按钮。其他失效参数照此输入，具体操作参见本章视频操作。

图9-4 失效参数选择面板

图9-5 失效参数输入面板

6.定义壳体截面

GUI：单击Main Menu→Preprocessor→Sections→Shell→Lay-up→Add/Edit，弹出铝合金内胆截面设置面板，如图9-6所示，输入铝合金内胆的厚度为0.0019，材料号选择为1，积分点为5个，截面偏移（Section Offset）为底面偏移（Bottom-Plane），单击“OK”按钮。输入ID号为2，单击四次添加层（Add Layer）按钮，按照均质基体截面设置面板输入数据，如图9-7所示，输入完毕，单击“OK”按钮。

图9-6 铝合金内胆截面设置面板

图9-7 均质基体截面设置面板

7.定义强化纤维截面

GUI：单击Main Menu→Preprocessor→Sections→Reinforcing→Add/Edit，弹出强化纤维截面设置面板，如图9-8所示，按照图9-8进行设置，设置完毕，单击“OK”按钮。

图9-8 强化纤维截面设置面板

8.建立模型

（1）定义关键点

GUI：单击Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→In Active CS，弹出图9-9所示的在激活坐标系中定义关键点面板，在面板中关键点号（Keypoint number）中输入1，在激活的坐标系中输入X=R1、Y=0、Z=L1+R2+R3+L2，单击“Apply”按钮；继续输入关键点号为2，X=R1、Y=0、Z=R2+R3+L2，单击“Apply”按钮；继续输入关键点号为3，X=R1、Y=0、Z=R3+L2，单击“Apply”按钮；继续输入关键号为4，X=R1+R2、Y=H、Z=R3+L2，单击“Apply”按钮；继续输入关键号为5，X=R1+R2+R3、Y=0、Z=L2+R3，单击“Apply”按钮；继续输入关键号为6，X=R4、Y=0、Z=L2，单击“Apply”按钮；继续输入关键号为7，X=R4、Y=0、Z=0，单击“Apply”按 钮；继续输入关键号为8，X=0、Y=0、Z=0，单击“Apply”按钮；继续输入关键号为9，X=0、Y=0、Z=L1+R2+R3+L2，单击“OK”按钮。

图9-9 定义关键点面板

（2）定义线

GUI：单击Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Lines→Lines→In Active Coord，弹出拾取对话框，拾取关键点1和2，单击“Apply”按钮；继续拾取关键点2和3，单击“Apply”按钮；继续拾取关键点3和4，单击“Apply”按钮；继续拾取关键点4和5，单击“Apply”按钮；继续拾取关键点5和6，单击“Apply”按钮；继续拾取关键点6和7，单击“OK”按钮。

（3）定义线圆角(www.xing528.com)

GUI：单击Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Lines→Line Fillet，弹出拾取对话框，拾取线L2和L3，单击“Apply”按钮；弹出直线圆角设置面板，如图9-10所示，输入圆角半径（Fillet radius）为R2，单击“Apply”按钮；返回拾取对话框，继续拾取线L4和L5，单击“Apply”按钮；弹出直线圆角设置面板，如图9-10所示，输入圆角半径（Fillet radius）为R3，单击“OK”按钮。

图9-10 直线圆角设置面板

（4）将线绕轴旋转成面

GUI：单击Main Menu→Preprocessor→Modeling→Operate→Extrude→Lines→About Axis，弹出拾取对话框，单击“Pick All”按钮，然后继续选择关键点8和9，单击“OK”按钮，弹出线绕轴扫描设置面板，如图9-11所示，输入角度为−90°，单击“OK”按钮。

图9-11 线绕轴扫描设置面板

9.网格划分

（1）打开网格划分工具

GUI：单击Main Menu→Preprocessor→Meshing→MeshTool。

（2）设置网格属性

单击网格划分工具面板上的网格属性设置（Element Attributes）区域的设置（Set）按钮，弹出网格属性设置面板，如图9-12所示，按照图9-12进行设置，单击“OK”按钮。

（3）设置网格总体尺寸

选择网格划分工具面板中的尺寸控制子面板中的总体网格控制（Global）选项并单击设置（Set）按钮，如图9-13所示，弹出总体网格尺寸设置面板，如图9-14所示。

图9-12 网格属性设置面板

图9-13 网格划分工具面板中尺寸控制子面板

图9-14 总体网格尺寸设置面板

该设置面板中有两个控制选项：单元尺寸（Element edge length）和单元数量（No.of element divisions），在单元尺寸中输入0.0012，单击“OK”按钮。

（4）划分压力容器入口网格

选择网格划分工具面板上的网格划分按钮（Mesh），弹出拾取对话框，拾取压力容器的入口面A1，单击“OK”按钮。

（5）设置网格属性

单击网格划分工具面板上的网格属性设置（Element Attributes）区域的设置（Set）按钮，弹出网格属性设置面板，如图9-12所示，将截面号（Section number）设置为2，其他与图9-12的设置一样。

（6）设置网格总体尺寸

选择网格划分工具面板中的尺寸控制子面板中的总体网格控制（Global）选项并单击设置（Set）按钮，如图9-13所示，弹出总体网格尺寸设置面板，如图9-14所示。该设置面板中有两个控制选项：单元尺寸（Element edge length）和单元数量（No.of element divisions），在单元尺寸中输入0.004，单击“OK”按钮。

（7）划分压力容器的均质基体网格

选择网格划分工具面板上的网格划分按钮（Mesh），弹出拾取对话框，拾取压力容器的入口面A2，单击“OK”按钮。

（8）设置网格总体尺寸

选择网格划分工具面板中的尺寸控制子面板中的总体网格控制（Global）选项并单击设置（Set）按钮，如图9-13所示，弹出总体网格尺寸设置面板，如图9-14所示。该设置面板中有两个控制选项：单元尺寸（Element edge length）和单元数量（No.of element divisions），在单元尺寸中输入0.008，单击“OK”按钮。

（9）划分压力容器的均质基体网格

选择网格划分工具面板上的网格划分按钮（Mesh），弹出拾取对话框，拾取压力容器的入口面A3，单击“OK”按钮。

（10）设置网格总体尺寸

选择网格划分工具面板中的尺寸控制子面板中的总体网格控制（Global）选项并单击设置（Set）按钮，如图9-13所示，弹出总体网格尺寸设置面板，如图9-14所示。该设置面板中有两个控制选项：单元尺寸（Element edge length）和单元数量（No.of element divisions），在单元尺寸中输入0.016，单击“OK”按钮。

（11）划分压力容器的均质基体网格

选择网格划分工具面板上的网格划分按钮（Mesh），弹出拾取对话框，拾取压力容器的入口面A4，单击“OK”按钮。

（12）选择均质基体单元

GUI：Utility Menu→Select→Entities，弹出选择实体设置面板，如图9-15所示，按照图9-15所示进行设置，设置完毕后单击“OK”按钮。

（13）生成强化纤维单元

目前ANSYS14.0暂不支持强化纤维单元的GUI操作，可输入以下命令：

图9-15 选择实体设置面板