压力容器CAE基础知识培训.pptx

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1、成都天立化工工程部设备处压力容器CAE基础知识培训什么是CAE？ComputerAidedEngineering,即计算机辅助工程。用计算机对工程和产品的功能、性能、安全可靠性等进行计算、分析、优化设计，对其未来的工作状态和运行行为进行模拟仿真，以及早发现设计缺陷，改进和优化设计方案，证实未来工程/产品的各项性能是否达到设计指标。CAE的分析方法从CAE技术发展来看，主要有3种技术：A有限元法（FiniteElementMethod）B边界元法（BoundaryElementMethod）C差分法（FiniteDifferenceMe

2、thod）目前应用最多、最广的为有限元法，所以有些人称CAE为有限元分析，有限元法通常也称之为：FEM（FiniteElementMethod）法，有限元分析通常称之为：FEA(FiniteElementAnsys)。分析法特征有限元法在工程领域应用最为广泛。性能优良的商用软件很多。（例如Nastran、Ansys、Abaqus，Hyperworks，etc）对于含有无限域的问题和自由边界的问题则是其弱点。边界元法适用于含有无限域的问题和自由边界的问题。商用程序少。差分法是历史上最古老的分析方法，成为热流体分析领域的主流分析法。商用程

3、序少。CAE的应用领域现在CAE技术的应用范围很广泛，几乎覆盖了设计领域的各个方面；大型通用有限元软件能够有效解决各类大型复杂结构的强度、刚度、屈曲、模态、动力学、热力学、非线性、（噪）声学、流体-结构耦合、气动弹性、超单元、磁场、流体动力学、惯性释放及结构优化和可靠性设计等问题。对制造领域而言，目前的专业软件能够解决金属制造过程，如铸造、锻压、挤压、冲压、切削等问题，对塑胶类可以进行模流分析、粉末冶金等等。CAE的作用从理论上对“设计”进行可行性的验证，在物理样机试验之前发现缺陷，从而优化设计方案；并对物理试验进行理论指导。它的作用

4、是：通过分析，发现理论缺陷，并及时更正设计，由于不需要进行物理样机制造，计算速度快，并排除掉大部分的不可靠的设计方案，所以可以减少设计失误、提高产品设计的质量、缩短开发周期、降低开发费用。CAE系统构成简介CAE系统由硬件系统和软件系统两部分构成：硬件系统：普通PC、计算服务器、超级计算机；软件系统：CAE程序（如Nastran、Ansys、HyperWorks等）一般来说，CAE软件系统是由3部分构成的：即由前处理部分，后处理部分，以及求解器部分3部分组成。前处理：生成分析所需要的几何形状，设置材料及载荷条件，边界条件等，并生成计算

5、文件供求解器使用。求解器：把前处理生成的计算文件进行计算，此阶段基本不需要人工参与，由计算机自动运行，计算时间跟计算规模和硬件系统有关。后处理：显示求解器的计算结果，并导入或导出相关的数据。弹性力学基础1.变形体的描述与变量定义(1)变形体变形体：即物体内任意两点之间可发生相对移动。有限元法所处理的对象：任意变形体任意变形体基本变量基本方程(2)基本变量的定义可以用以下几类变量作为任意变形体的描述变形体的描述及所需要的变量在材料确定的情况下，基本的力学变量应该有：位移，应变，应力目的：对弹性体中的位移、应变、应力进行定义和表达，进而建

6、立平衡方程、几何方程和材料物理方程。(3)研究方法采用微元体dxdydz的分析方法（以针对任意变形体）2.弹性力学的基本假设为了突出所处理的问题的实质，并使问题简化和抽象，在弹性力学中特提出以下几个基本假设:(1)物体内的物质连续性假设：物质无空隙，可用联系函数来描述；（变形协调）(2)物体内的物质均匀性假设：物体内各个位置的物质具有相同的特性；(3)物体内的各质点力学特性各向同性假设：物体内同一位置的物质在各个方向具有相同的力学特性；(4)线弹性假设：物体的变形与外力作用的关系是线性的，外力去除，物体可以恢复原状；(5)小变形假设：

7、物体变形远小于物体的几何尺寸，在建立方程时，可以忽略高阶小量（二阶以上的量），即位移梯度满足<<1。3.弹性力学的基本方程平衡方程（通过力的平衡导出）几何方程（通过弯矩平衡导出）物理方程（本构方程，基于材料各向同性假设，利用广义虎克定律导出）4.弹性力学问题的有限元解法弹性力学问题的有限元解法是基于虚功原理（虚位移原理或虚应力原理），将微分方程在空间域和时间域（对于动态或瞬态问题）进行离散，从而将解求解一系列复杂偏微分方程的问题转化为求解方程组的问题。下面以一个杆梁结构的有限元过程为例说明如何利用有限元求解弹性力学问题。图4.1阶梯状

8、的二杆结构该结构由两根杆组成，需要研究相应的“特征结构”，即杆单元，将该“特征结构”抽象为具有两个节点的单元，如下图所示。图4.2具有两个节点的杆单元现在考察该阶梯状二杆结构的有限元求解过程。(1)离散化两个杆单元，即单