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1 高壓平蓋封頭結(jié)構(gòu)有限元分析研究 論文 第 一章 有限元分析 件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)分析于一體的大型通用有限元分析軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國(guó) 發(fā)，它能與多數(shù) 件接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如 I－ 。 是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的高級(jí) 具之一。 限元軟件包是一個(gè)多用途的有限元法計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)程序，可以用來求解結(jié)構(gòu)、流體、電力、電磁場(chǎng)及碰撞等問題。因此它可 應(yīng)用于以下工業(yè)領(lǐng)域： 航空航天、汽車工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、橋梁、建筑、電子產(chǎn)品、重型機(jī)械、微機(jī)電系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)器械等。 件提供的分析類型有結(jié)構(gòu)靜力分析、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析、結(jié)構(gòu)非線性分析、動(dòng)力學(xué)分析、熱分析、電磁場(chǎng)分析、流體動(dòng)力學(xué)分析、聲場(chǎng)分析、壓電分析等 9 類，軟件主要包括三個(gè)部分：前處理模塊，分析計(jì)算模塊和后處理模塊。前處理模塊提供了一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型。 前處理模塊主要有兩部分內(nèi)容：實(shí)體建模和網(wǎng)格劃分；分析計(jì)算模塊包括結(jié)構(gòu)分析（可進(jìn)行線性分析、非線性分析和 高度非線性分析）、流體動(dòng)力學(xué)分析、電磁場(chǎng)分析、聲場(chǎng)分析、壓電分析以及多物理場(chǎng)的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力；后處理模塊可將計(jì)算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部）等圖形方式顯示出來，也可將計(jì)算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。 應(yīng)用 供的立體問題單元對(duì)力學(xué)問題進(jìn)行模擬分析是我們的課題中將采用的主要方法。 對(duì)于有限單元法的解法而言，從求解問題的性質(zhì)上可以歸結(jié)為三類，即獨(dú)立于時(shí)間的平衡問題 （或穩(wěn)態(tài)問題）、特征值問題、依賴于時(shí)間的瞬態(tài)問題。這三類問題，從方程自身性質(zhì)考慮，還存在對(duì)應(yīng)的非線性情形，非線性可以是由材料性質(zhì)，變形狀態(tài)和邊界接觸條件引起的，分別成為材料、幾何、邊界非線性。求解非線性有限元問題的算法研究主要有以下幾種： （ 1）采用 法或修正 法等將非線性方程轉(zhuǎn)化為一系列線性方程進(jìn)行迭代求解，并結(jié)合加速方法提高迭代收斂的速度。 （ 2）采用預(yù)測(cè) 定加載過程中材料的應(yīng)力應(yīng)變的演化過程 。 2 （ 3）采用廣義弧長(zhǎng)法等時(shí)間步長(zhǎng)控制方法和臨界點(diǎn)搜索、識(shí)別方法，對(duì)非線性載荷 （ 4）采用拉格朗日（ 子法、罰函數(shù)法或直接引入法，將接觸面條件引入泛函，求解接觸和碰撞問題。 最后應(yīng)指出，由于有限元法解題的規(guī)模越來越大，為了縮短解題的周期，基于并行計(jì)算機(jī)和并行計(jì)算軟件系統(tǒng)的有限元并行算法，近年來得到很大發(fā)展。作為優(yōu)化產(chǎn)品研發(fā)流程的仿真技術(shù)及軟件的開發(fā)者和革新者， 司 2005年 6 月 2 日發(fā)布 版本。我們的對(duì)切削加工的受力問題的研究將在臺(tái)下開展。 第二章 介 件 是融結(jié)構(gòu)、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)分析于一體的大型通用 有限元分析軟件 。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國(guó) 發(fā)，它能與多數(shù) 件接口 ，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如 I－ ， 是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的高級(jí) 具之一。 技術(shù)種類 技術(shù)種類有很多，其中包括 有限元法 ( 邊界元法 ( 有限差法 ( 。每一種方法各有其應(yīng)用的領(lǐng)域，而其中有限元法應(yīng)用的領(lǐng)域越來越廣，現(xiàn)已應(yīng)用于結(jié)構(gòu)力學(xué)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)、流體力學(xué)、電路學(xué)、電磁學(xué)等。 限元 軟件 包是一個(gè)多用途的有限元法計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)程序，可以用來求解結(jié)構(gòu)、流體、電力、電磁場(chǎng)及碰撞等問題。因 3 此它可應(yīng)用于以下工業(yè)領(lǐng)域： 航空航天、汽車工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、橋梁、建筑、電子產(chǎn)品、重型機(jī)械、 微機(jī)電系統(tǒng) 、運(yùn)動(dòng)器械等。 軟件主要包括三個(gè)部分：前處理模塊，分析計(jì)算模塊和后處理模塊。 前處理模塊提供 了一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)體建模及 網(wǎng)格 劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型； 分析計(jì)算模塊包括結(jié)構(gòu)分析（可進(jìn)行線性分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體動(dòng)力學(xué)分析、電磁場(chǎng)分析、聲場(chǎng)分析、壓電分析以及多物理場(chǎng)的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力； 后處理模塊可將計(jì)算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半 透明顯示（可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部）等圖形方式顯示出來，也可將計(jì)算結(jié)果以圖表、曲線 形式顯示或輸出。 軟件提供了 100 種以上的單元類型，用來模擬工程中的各種結(jié)構(gòu)和材料。該軟件有多種不同版本，可以運(yùn)行在從個(gè)人機(jī)到大型機(jī)的多種計(jì)算機(jī)設(shè)備上，如 布 版本 美國(guó) 賓夕法尼亞州 6 月 2 日消息：作為優(yōu)化產(chǎn)品研發(fā)流程的仿真技術(shù)及軟件的開發(fā)者和革新者， 司（納斯達(dá)克股票代號(hào)： 天發(fā)布 版本。新版本在性能、易用 4 性、協(xié)同工作及耦合技術(shù)，如流固耦合，等方面有很大提高。 其有很好的兼容性，將于 7 月正式投入市場(chǎng)。 延續(xù)了 貫強(qiáng)大的耦合場(chǎng)技術(shù)， 本為復(fù)雜的流固耦合（ 題提供了更完善的解決 方案。該版本整合了世界一流的應(yīng)力分析和流體分析技術(shù)，形成了一套完整的 決方案。通過適合于特定場(chǎng)要求的網(wǎng)格劃分，一個(gè)單一的幾何體可以應(yīng)用于兩種場(chǎng)。該版本提供了有效地解決 力學(xué)分析的信息交換功能。目前市場(chǎng)上沒有任何其他的 件可以提供如此強(qiáng)大的穩(wěn)健性和高度的精確性分析。另外，該版本可以在多個(gè)機(jī)群進(jìn)行并行處理解決超大模型。 “表了最先進(jìn)的 合技術(shù)，較 了顯著的提高 ” ， ， “ 我們一直致力于拓展 真 技術(shù)的廣度和深度，同時(shí)建立各種類型的仿真分析軟件的空前 大連 盟。得益于 合 術(shù)的架構(gòu)，我們創(chuàng)建了建模、仿真、分析、前后處理的一系列無縫鏈接。 版本整合了世界上最優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)、熱、流體等分析功能。 ” 入了旋轉(zhuǎn)機(jī)械和葉片設(shè)計(jì)工具，豐富了境下的行業(yè)化功能。即 款針 對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械葉片構(gòu)件的高效的三維設(shè)計(jì)工具；以及 款高質(zhì)量的葉片設(shè)計(jì)六面體網(wǎng)格劃分工具。 5 “ 結(jié)合了 渦輪專用的前后處理 能， ”司副總裁兼總經(jīng)理 ， “ 應(yīng)力分析、計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析或流固耦合分析的模型可以直接建立，通過 以把模型擴(kuò)展到上下游部件，最終完成整個(gè)模型的分析。 提供此功能上獨(dú)一無二的環(huán)境，借此空氣動(dòng)力學(xué)工程師可以進(jìn) 行 計(jì)，同時(shí)確認(rèn)結(jié)構(gòu)特征。這將大幅度縮短設(shè)計(jì)流程。 ” 在機(jī)械應(yīng)用領(lǐng)域， 括了 全部的熱瞬態(tài)分析功能。這不僅幫助用戶進(jìn)行非常復(fù)雜的時(shí)域仿真，同時(shí) 可自動(dòng)完成很多建模和求解工作。這樣可以輕松快速地求解設(shè)備在一定運(yùn)行時(shí)間內(nèi)的熱性能。 為了滿足日益增加的對(duì)大型復(fù)雜問題及時(shí)有效的分析需求，并行求解器如今可增加了對(duì) 通信技術(shù)的選擇余地。除了支持 支持 對(duì)于以前的架構(gòu)， 本著以低成本硬件設(shè)備提供高性能解決方案的目標(biāo)， 可支持 P 64 位機(jī)的 片集。此項(xiàng)改革解決了許多用戶在 作系統(tǒng) 下運(yùn)行大型模型所面臨的 2存限制。另外，它也使 得 戶不再需要寫硬盤就能完成整個(gè)求解，從而節(jié)約求解時(shí)間。 6 對(duì)于用戶，這將幫助他們更加經(jīng)濟(jì)有效地解決大型模型問題，如那些低頻穩(wěn)態(tài)和全瞬態(tài)電磁分析問題。 行求解器可以解決高于一億自由度的大型電磁問題，在 在高頻電磁領(lǐng)域， 本提供了一個(gè)新的模式端口。此端口大大簡(jiǎn)化了集成電路（ 射頻識(shí)別 (射頻微機(jī)電系統(tǒng) (多種設(shè)備分析傳輸線端口的建模。標(biāo)準(zhǔn)算例顯示，利用此端口建模，可以顯著縮小模型尺寸，在保證精確的頻域計(jì)算結(jié)果前提下， 節(jié)約 30％到 50％的求解時(shí)間和內(nèi)存需求。 新版本增加了旋轉(zhuǎn)機(jī)械的陀螺效應(yīng)，它提高了 渦輪機(jī)械和其他 旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu) 的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析的能力。 在耦合場(chǎng)領(lǐng)域，結(jié)構(gòu)－熱－電磁三場(chǎng)耦合分析中增加熱彈阻尼 (一個(gè)在金屬、制陶及 域非常重要的內(nèi)耗裝置。 續(xù) 旋律，提供我們的用戶可供選擇的全自動(dòng)或個(gè)人控制的強(qiáng)大分析軟件。我們?cè)诤?心的網(wǎng)格處理技術(shù)上有十足的增強(qiáng)，在 個(gè) 應(yīng)用程序 間共享網(wǎng)格。另外，雙向參數(shù)互動(dòng)的 口的穩(wěn)健性也得到了提高。過混合網(wǎng)格剖分新功能和 型細(xì)節(jié)處理功能，提供了完整的一系列網(wǎng)格劃分工具以模擬真實(shí)世界，如汽車引擎罩下的散熱分析和汽車碰撞分析。 “ 出的又一大 步，在每種場(chǎng)都是這樣，也包括各種場(chǎng)在 耦合， ”司副總裁兼總經(jīng)理 ， “ 沒有其他任何一家 司可以與 7 我們相匹敵，在一個(gè)單一的 ” 通過 計(jì)工程師可以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段對(duì) 3D 括零件和裝配件）進(jìn)行應(yīng)力變形分析、熱及 熱應(yīng)力 耦合分析、振動(dòng)分析和形狀優(yōu)化，同時(shí)可對(duì)不同的工況進(jìn)行對(duì)比分析。 有智能化的非線性求解專家系統(tǒng)，可自動(dòng)設(shè)定求解控制，得到收斂解；用戶不需具備非線性有限元知識(shí)即可完成過去只有專家才能完成的接觸分析。 用來求解外載荷引起的位移、應(yīng)力和力。靜力分析很適合求解慣性和阻尼對(duì)結(jié)構(gòu)的影 響并不顯著的問題。 序中的靜力分析不僅可以進(jìn)行線性分析，而且也可以進(jìn)行非線性分析，如塑性、蠕變、膨脹、大變形、大應(yīng)變及接觸分析。 結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析用來求解隨時(shí)間變化的載荷對(duì)結(jié)構(gòu)或部件的影響。與靜力分析不同，動(dòng)力分析要考慮隨時(shí)間變化的力載荷以及它對(duì)阻尼和慣性的影響。 進(jìn)行的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析類型包括：瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析及隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)分析。 8 結(jié)構(gòu)非線性導(dǎo)致結(jié)構(gòu)或部件的響應(yīng)隨外載荷不成比例變化。序可求解靜 態(tài)和瞬態(tài)非線性問題，包括材料非線性、幾何非線性和單元非線性三種。 序可以分析大型三維柔體運(yùn)動(dòng)。當(dāng)運(yùn)動(dòng)的積累影響起主要作用時(shí)，可使用這些功能分析復(fù)雜結(jié)構(gòu)在空間中的 運(yùn)動(dòng)特性 ，并確定結(jié)構(gòu)中由此產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變和變形。 程序可處理熱傳遞的三種基本類型：傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。熱傳遞的三種類型均可進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)、線性和非線性分析 。熱分析還具有可以模擬材料固化和熔解過程的相變分析能力以及模擬熱與結(jié)構(gòu)應(yīng)力之間的熱－結(jié)構(gòu)耦合分析能力。 主要用于電磁場(chǎng)問題的分析，如電感、電容、磁通量密度、渦流、電場(chǎng)分布、磁力線分布、力、運(yùn)動(dòng)效應(yīng)、電路和能量損失等。還可用于螺線管、調(diào)節(jié)器、發(fā)電機(jī)、變換器、磁體、加速器、電解槽及無損檢測(cè)裝置等的設(shè)計(jì)和分析領(lǐng)域。 體單元能進(jìn)行流體動(dòng)力學(xué)分析，分析類型可以為瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)。分析結(jié)果可以是每個(gè)節(jié)點(diǎn)的壓力和通過每個(gè)單元的流率。并且可以利用后處理功能產(chǎn) 生壓力、流率和溫度分布的圖形 9 顯示。另外，還可以使用三維表面效應(yīng)單元和熱－流管單元模擬結(jié)構(gòu)的流體繞流并包括對(duì)流換熱效應(yīng)。 程序的聲學(xué)功能用來研究在含有流體的介質(zhì)中聲波的傳播，或分析浸在流體中的固體結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性。這些功能可用來確定音響話筒的頻率響應(yīng)，研究音樂大廳的聲場(chǎng)強(qiáng)度分布，或預(yù)測(cè)水對(duì)振動(dòng)船體的阻尼效應(yīng)。 用于分析二維或三維結(jié)構(gòu)對(duì) 流）、 流）或任意隨時(shí)間變化的電流或機(jī)械載荷的響應(yīng)。這種分析類型可用于換熱器、振蕩器、諧振器、 麥克風(fēng) 等部件及其它電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能分析?？蛇M(jìn)行四種類型的分析：靜態(tài)分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析、瞬態(tài)響應(yīng)分析 軟件主要包括三個(gè)部分：前處理模塊，分析計(jì)算模塊和后處理模塊。 前處理模塊提供了一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型； 前處理模塊主要有兩部分內(nèi)容：實(shí)體建模和網(wǎng)格劃分。 10 序提供了兩種實(shí)體建模方法：自頂向下與自底向上。自頂向下進(jìn)行實(shí)體建模時(shí)，用戶定義一個(gè)模型的最高級(jí)圖元，如球 、棱柱，稱為基元，程序則自動(dòng)定義相關(guān)的面、線及關(guān)鍵點(diǎn)。用戶利用這些高級(jí)圖元直接構(gòu)造幾何模型，如二維的圓和矩形以及三維的塊 、球、錐和柱。無論使用自頂向下還是自底向上方法建模，用戶均能使用 布爾 運(yùn)算來組合數(shù)據(jù)集，從而 “ 雕塑出 ” 一個(gè)實(shí)體模型。 S 程序提供了完整的布爾運(yùn)算，諸如相加、相減、相交、分割、粘結(jié)和重疊。在創(chuàng)建復(fù)雜實(shí)體模型時(shí)，對(duì)線、面、體、基元的布爾操作 能減少相當(dāng)可觀的建模工作量。 伸、旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)、延伸和拷貝實(shí)體模型圖元的功能。附加的功能還包括 圓弧構(gòu)造、切線構(gòu)造、通過拖拉與旋轉(zhuǎn)生成面和體、線與面的自動(dòng)相交運(yùn)算、自動(dòng)倒角生成、用于網(wǎng)格劃分的硬點(diǎn)的建立、移動(dòng)、拷貝和 刪除。自底向上進(jìn)行實(shí)體建模時(shí)，用戶從最低級(jí)的圖元向上構(gòu)造模 型，即：用戶首先定義關(guān)鍵點(diǎn)，然后依次是相關(guān)的線、面、體。 二 序提供了使用便捷、高質(zhì)量的對(duì) 括四種網(wǎng)格劃分方法：延伸劃分、映像劃分、自由 劃分和自適應(yīng)劃分。延伸網(wǎng)格劃分可將一個(gè)二維網(wǎng)格延伸成一個(gè)三維網(wǎng)格。映像網(wǎng)格劃分允許用戶將幾何模型分解成簡(jiǎn)單的幾部分，然后 選擇合適的單元屬性和網(wǎng)格控制，生成映像網(wǎng)格。序的自由網(wǎng)格劃分器功能是十分強(qiáng)大的，可對(duì)復(fù)雜模型 11 直接劃分，避免了 用戶對(duì)各個(gè)部分分別劃分然后進(jìn)行組裝時(shí)各部分網(wǎng)格不匹配帶來的麻煩。 自適應(yīng)網(wǎng)格 劃分是在生成了具有邊界條件的實(shí)體模型以后，用戶 指示程序自動(dòng)地生成有限元網(wǎng)格，分析、估計(jì)網(wǎng)格的離散誤差，然后重新定義網(wǎng)格大小，再次分析計(jì)算、估計(jì)網(wǎng)格的離散誤差，直至誤差 低于用戶定義的值或達(dá)到用戶定義的求解次數(shù)。 分析計(jì)算模塊包括結(jié)構(gòu)分析（可進(jìn)行線性分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體動(dòng)力學(xué)分析、電磁場(chǎng)分析、聲場(chǎng)分析、壓電分析以及多物理場(chǎng)的耦合分析，可模擬 多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力； 后處理模塊可將計(jì)算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部）等圖形方式顯示出來，也可將計(jì)算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。 軟件提供了 100 種以上的單元類型，用來模擬工程中的各種結(jié)構(gòu)和材料。該軟件有多種不同版本，可以運(yùn)行在從個(gè)人機(jī)到大型機(jī)的多種計(jì)算機(jī)設(shè)備上，如 目前最新版本 同級(jí)別的軟件還有 ， ， 有流體計(jì)算模塊， 12 三 在 荷包括邊界條件和外部或內(nèi)部作用力函數(shù)，在不同的分析領(lǐng)域中有不同的表征，但基本上可以分為 6 大類：自由度約束、力（集中載荷）、面載荷、體載荷、慣性載荷以及耦合場(chǎng)載荷。 1、自由度約束（ :將給定的自由度用已知量表示。例如在結(jié)構(gòu)分析中約束是指位移和 對(duì)稱邊界條件，而在熱力學(xué)分析中則指的是溫度和熱通量平行的邊界條件。 2、力（集中載荷）（ 是指施加于模型節(jié)點(diǎn)上的集中載荷或者施加于實(shí)體模型邊界上的載荷。例如結(jié)構(gòu)分析中的力和力矩，熱力分析中的熱流速度，磁場(chǎng)分析中的電流段。 3、面載荷（ :是指施加于某個(gè)面上的分布載荷。例如結(jié)構(gòu)分析中的壓力，熱力學(xué)分析中的對(duì)流和熱通量。 4、體載荷（ :是指體積或場(chǎng)載荷。例如需要考慮的重力，熱力分析中的熱生成速度。 5、慣性載荷（ :是指由物體的慣性而引起的載荷。例如重力加速度、角速度、角加速度引起的慣性力。 6、耦合場(chǎng)載荷（ :是一種特殊的載荷，是考慮到一種分析的結(jié)果，并將該結(jié)果作為另外一個(gè)分析的載荷。例如將磁場(chǎng)分析中計(jì)算得到的磁力作為結(jié)構(gòu)分析中的力載荷。 13 (立于 1970 年，致力于工程仿真軟件 和技術(shù)的研發(fā)，在全球眾多行業(yè)中，被工程師和 設(shè)計(jì)師 廣泛采用。 司重點(diǎn)開發(fā)開放、靈活的，對(duì)設(shè)計(jì)直接進(jìn)行仿真的解決方案，提供從概念設(shè)計(jì)到最終測(cè)試產(chǎn)品研發(fā)全過程的統(tǒng)一平臺(tái)，同時(shí)追求快速、高效和和成本意識(shí)的產(chǎn)品開發(fā)。 訓(xùn)和技術(shù)支持一體化服務(wù)。 司總部位于美國(guó)賓夕法尼亞州的 匹茲堡 ，全球擁有 60 多個(gè)代理。 球有 1700 多名員工，在 40多個(gè)國(guó)家銷售產(chǎn)品。 006年收購(gòu)了在流體仿真領(lǐng)域處于領(lǐng)導(dǎo)地位的美國(guó) 司，于 2008 年收購(gòu)了在電路和電磁仿真領(lǐng)域處于領(lǐng)導(dǎo)地位的美國(guó) 司。通過整合， 司成為全球最大的仿真軟件公司。目前， 個(gè)產(chǎn)品線包括 結(jié)構(gòu)分析(列， 流體動(dòng)力學(xué) ()系列，電子設(shè)計(jì)（ 列以及 品廣泛應(yīng)用于航空、航天、電子、車輛、船舶、交通、通信、建筑、電子、醫(yī)療、國(guó)防、石油、化工等眾多行業(yè)。 國(guó) 是 上海 ，北京， 成都 和深圳設(shè)有分公司，負(fù)責(zé) 前在中國(guó)， 子設(shè)計(jì)系列產(chǎn)品 (原 由 國(guó)直接負(fù)責(zé)市場(chǎng)、銷售與技術(shù)服務(wù)等。 械和流體仿真設(shè)計(jì)產(chǎn)品以及 14 品由渠道合作伙伴安世亞太科技有限公司（ 責(zé)銷售與技術(shù)支持。 第三章 高壓平蓋封頭結(jié)構(gòu)的有限元分析 立力學(xué)分析模型 圖 3平頭蓋結(jié)構(gòu)的示意圖，承受的內(nèi)壓力為 P=10定封頭該的材料為 35械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可以查得： 彈性模量1E=206松比1?=體的材料為 16《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可以查得： 彈性模量2E=206松比2?=15 圖 3壓平頭蓋結(jié)構(gòu)的示意圖 由于封頭結(jié)構(gòu)具有軸對(duì)稱性，其載荷也具有軸對(duì)稱性。因此他是一個(gè)軸對(duì)稱問題。選用 件中的 元來進(jìn)行分析，通過簡(jiǎn)化后，封頭結(jié)構(gòu)有限元分析的力學(xué)模型如圖 3 16 圖 3頭結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型 輸入命令流： ！退出當(dāng)前處理器 / ！清除當(dāng)前設(shè)置 / ！進(jìn)入前處理器 , ! 選取單元 ,3,1 !將單元設(shè)置為軸對(duì)稱單元 ,,,,,, ,0 X,1,, ！ 35 17 ,, ！ 35,, ！ 16X,2,, ！ 16驗(yàn)輸入結(jié)果 面找到“ 的“ 項(xiàng)如圖 3示。出現(xiàn)對(duì)話框 3取 命令，彈出對(duì)話框3料參數(shù)選取正確。 圖 3 圖 318 圖 3元及其材料選取結(jié)果 2. 在 面找到 選取 下的命令，彈出 對(duì)話框 3圖 3取對(duì)話框中 下的 命令彈出對(duì)話框 3此可知材料輸入正確。 19 圖 3立幾何模型 由于是軸對(duì)稱問題，在有限元分析模型時(shí)，只要建立圖 3了顯示其軸對(duì)稱性，建立的圖形繞軸線旋轉(zhuǎn)即可得到三維結(jié)構(gòu)。 生成圖形的命令流為： 1. *,1000 2. ,580/H,0,800/H， 生成矩形面一如圖 3 20 圖 3形面 3. ,500/H,0,300/H, 生成矩形面二結(jié)果如圖 3 21 圖 3. ,450/H,300/H,650/H, 生成矩形面三結(jié)果如圖 3 22 圖 3. . 1,10,200/H,, 對(duì)內(nèi)部輪廓線進(jìn)行倒角操作結(jié)果如圖 3示： 23 圖 3. ,9 連線結(jié)果如圖 3示： 圖 324 8. ,1 面由線分開結(jié)果如圖 3 圖 3. ,7 10. ,,,1 刪除面及下面的線和關(guān)鍵點(diǎn)結(jié)果如圖 3示： 25 圖 31. ,,,1 圖 326 12. ,,,1 圖 33. 相加操作結(jié)果如圖 3 27 圖 3相加 14. ,2,150/H,, 對(duì)外輪廓線進(jìn)行倒角運(yùn)算結(jié)果如圖 3 圖 328 15. ,4 16. ,,,1 生成的封頭剖面結(jié)果如圖 3示： 圖 3分網(wǎng)格 為了保證生成的網(wǎng)格是規(guī)則的并施加不同的材料性能，必須要對(duì)封頭面盡心一些分割 。對(duì)分割后的面采用映射方式生成網(wǎng)格，其操作過程的命令操作如下： 1. ,7,90,0,. ,9,90,0,. ,5,90,0,29 由點(diǎn)向線作垂線結(jié)果如圖 3示： 圖 3. ,8 5. ,10 6. ,13 面由線分開成兩部分結(jié)果如圖 3示： 30 圖 3. ！設(shè)置所有面的默認(rèn)屬性 8. 9. ,, 10. ,,1 ！對(duì)面號(hào) 1的面設(shè)置為第二種材料 11. ,,1,0 12. ！選擇所有的實(shí)體 13. ,,,5,,,,,1 14. 0,,,5,,,,,1 15. 3,,,5,,,,,1 16. 8,,,5,,,,,1 17. ,,,8,,,,,1 18． ,,,4,,,,,1 31 19． 1,,,8,,,,,1 20． ,,,14,,,,,1 圖 31． ,3,4, 22． ,3 23． ,4． ,9 25． 51X 26． ！設(shè)置為映射網(wǎng)格劃分方式 27． 對(duì)所有的面進(jìn)行網(wǎng)格劃分結(jié)果顯示如圖 3 32 圖 3格劃分 28. 加載荷 首先進(jìn)入到 3 施加載荷的命令操作為： 1. / ！進(jìn)入到求解器 2. 8,,施加 Y 方向的約束，結(jié)果顯示如圖 3 33 圖 3加 Y 方向約束 3. 9,,. ,5. ,6. ,7. 1,施加載荷結(jié)果顯示如圖 3示： 34 圖 3加約束 解 求解的命令操作為： 1. . 加求解計(jì)算，求解計(jì)算完成時(shí)出現(xiàn)對(duì)話框如圖 3圖 335 第四章 查看分析結(jié)果 用 行完求解計(jì)算后，我們就可以在后處理器中查看位移（沿坐標(biāo)方向的位移）以及總位移分布圖（包括各應(yīng)力分量、主應(yīng)力和 4． 1 總位移分布 首先我們要進(jìn)入后處理器其操作命令為： 1. /看總位移分布其操作命令為： 2. ,,1 結(jié)果顯示如圖 4 圖 4移分布圖 36 4． 2 查看 X 軸方向的位移分布 查看 X 軸方向的位移分布其操作命令為： 3. ,X,0,1 結(jié)果顯示如圖 4 圖 4X 方向的位移分布 4． 3 查看 4. ,,1 結(jié)果顯示如圖 4 37 圖 4X 方向的應(yīng)力分布圖 龔曙光 例題 538 圖 平蓋封頭結(jié)構(gòu)示意圖 39 /T,1,,3,1 ,,,,,, ,0 X,1,,,,,,X,2,,,1000 ,580/H,0,800/H ,500/H,0,300/H, ,450/H,300/H,650/H, 1,10,200/H,, ,9 ,1 ,7 ,,,1 ,,,1 ,,,1 ,2,150/H,, ,4 ,,,1 ,7,90,0,,9,90,0,,5,90,0,,8 ,10 ,13 ,, ,,1 40 ,,1,0 ,,,5,,,,,1 0,,,5,,,,,1 3,,,5,,,,,1 8,,,5,,,,,1 ,,,8,,,,,1 ,,,4,,,,,1 1,,,8,,,,,1 ,,,14,,,,,1 ,3,4, ,3 ,,9 51X L,18,,9,,,,,1,三章 高壓平蓋封頭結(jié)構(gòu)的分析 41 2 3 42 4 5 43 6 7 44 8 9 45 10 11 46 12 13 47 14 15 48 16 17 49 18 19 50 20 21 51 22 23 52