大型模爆器强度分析的有限元精细化数值模拟与水压试验

发布时间：2020-10-20 20:07

　　 针对大型模爆器在静压荷载作用下的强度分析问题,分别建立了壳单元、轴对称单元、实体单元及其对应的过渡单元ANSYS分析模型,比较各种单元的模型精度和计算效率,并进行了初步的静水压力试验验证。此外,针对模爆器容易产生应力集中的两个部位:封头联结处和开孔补强处,进行数值模拟分析和理论计算对比研究,得到了模爆器应力集中系数及其影响范围,为模爆器的进一步应用提供依据。 主要研究内容包括以下几个方面: 1.建立爆炸容器的实体模型,分析其在静水压力作用下的反应,以及关键点处的应力、位移等与静水压力的关系。同时建立了壳体单元、轴对称单元,同实体单元模型进行对比分析,结果表明在结构形状和荷载符合轴对称条件的情况下,运用轴对称单元建模,不仅节约了计算资源、提高计算效率,同时还可以满足精度要求。 2.建立模爆器过渡单元模型。在应力分布均匀处运用低阶单元,在应力集中处运用高阶单元,两者联结处使用过渡单元,同加密网格尺寸的实体单元模型进行对比分析,结果表明运用过渡单元建模不但精度达到要求,还有效地减少了单元和结点总数,提高计算效率。 3.针对椭圆形封头和圆柱形筒身结合部位存在明显的二次应力集中问题,建立两种有限元数值模型,通过分离计算模型可以得到一次应力,通过组合模型可以得到二次应力,比较有限元模型计算结果与基于经典公式得到的综合应力,结果验证了数值模拟方法结果的准确性,并且有限元模型可以定量确定二次应力影响范围以及综合应力分布规律,此外还校核了模爆器的强度设计指标。 4.分析了模爆器的大开孔补强。得出补强圈足以弥补开孔带来的强度削弱。建立不同高度的有限元模型,同时建立有限元局部开孔模型,分析得出在静水压力作用下,有效补强面积发挥了作用,把集中应力降到了安全的范围内。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2009
【中图分类】：TH49
【部分图文】：

图 2-1 材料属性变化图容器的 ANSYS 实体建模爆炸容器实体模型模型形状比较简单,所以运用交互模式在ANSYS软件中直接生SYS软件提供了2种实体建模的方法,即自底向上的建模方法和自。自底向上的建模方法是先创建关键点,然后依次创建相关的线自顶而下的建模方法可以直接创建高级图元,如球、棱柱等三维几何体素。一旦用户定义了一个体素,程序会自动定义相关的面户利用这些高级图元直接构造几何模型,如二维的圆和矩形以及、锥和圆柱等。同时在ANSYS建模过程中,自底向上和自顶而以自由组合使用。本模型在建模的过程中自底向上的建模方法方法都采用。个模型经过一些简化以后，基本属于对称结构，所以在建模的一半的计算模型，大大简化了建模难度。

规则的网格（例如通过不同的 CAD/CAM 系统建立的模型）。单元来定义,每个节点有 3 个沿着 X、Y、Z 方向平移的自由度。SOL任意的空间各向异性，单元支持塑性,超弹性, 蠕变,应力钢化,能力。还可采用混合模式模拟几乎不可压缩弹塑材料和完全不可。单元形状如图 2-2 所示。

图 2-3 爆炸容器有限元模型施加 XYZ 方向的约束；考虑到施加的是对称面荷载，为模型的顶部节点处施加约束，限制其 X 方向的自由度,如图对称面，‘△’表示约束该方向的位移）。图 2-4 爆炸容器边界条件图
【参考文献】

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本文编号：2849103