模块化净水设备梁板结构有限元分析设计

济南大学泉城学院毕 业 论 文题 目 模块化净水设备梁板结构 有限元分析 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级学 生学 号指导教师二一一年五月三十日毕业论文摘 要有限元分析能够解决复杂的工程分析及计算问题，而且能为开发新产品提供最佳优化方案。有限元分析的基本概念是化繁为简，用较简单的问题代替复杂问题后再求解。本论文则以 ANSYS 软件为例分析并探讨了建立有限元分析模型时单元类型的选择，从而为新产品的设计提供参考。论文中用到了有限元分析软件 ANSYS，其中使用该软件对梁板结构进行了实体建模及有限元分析，软件不仅能够对所建立的实体模型以图形的形式整体直观的显示出来，也可以只对其中某个部分进行分散分析。除了图形显示，还可以给出各元素的位移及受力大小，这对于实际工程问题的分析设计拥有较强的辅助作用。论文中简要介绍了有限元分析理论和 ANSYS 软件在结构强度分析方面的应用，体现了其在辅助设计领域的重要作用。同时对模块化净水设备的梁板结构强度进行了计算分析，得出的结果与理论解答大体一致，从而验证了有限元分析理论的准确性。关键词： ANSYS；有限元分析法；结构强度；净水设备济南大学泉城学院毕业论文IIABSTRACTThe finite element analysis not only can solve complex problems in engineering analysis and calculations, but also for the development of new products to provide the best optimal solution. The basic concept of the finite element analysis is a simple problem solving complex problems after instead. This paper which takes ANSYS as the example is discussed when the establishment finite element model is built and provide the references for new product design.Paper uses finite element analysis software ANSYS, which uses the software on the slab structure of the solid modeling and finite element analysis, the software can not only create a solid model of the form to the overall intuitive graphical display, but also can only be distributed on a part of them. In addition to graphical display, you can also give each element the size of the displacement and stress, which for practical engineering analysis and design with a strong supporting role.Paper briefly introduces the theory and ANSYS finite element analysis software in the application of structural strength analysis, reflecting its important role in the field aided design. Meanwhile, modular water purification equipment Beam intensity is calculated and analyzed, the result broadly consistent with the theoretical solution, which verifies the accuracy of finite element analysis theory.Key words：ANSYS ；Finite Element Analysis；Structural strength；Water purification equipment济南大学泉城学院毕业论文III目 录摘要.IABSTRACT.II1 绪论与简介.11.1 有限元法论述11.2 ANSYS 简介. .31.2.1 CAE 技术及应用31.2.2 ANSYS 发展及应用 31.2.3 ANSYS 的基本组成 42 结构分析中常用单元的特性及定义52.1 结构静力学常用单元简介 .52.1.1 单元的定义52.1.2 单元简要介绍62.2 建模过程中对单元特性的定义.82.2.1 两种建模方法 .8.2.2.2 单元特性定义. .83 设计任务计算83.1 设计概况及参数83.1.1 设计概况83.1.2 设计参数93.2 主梁设计计算94 ANSYS 实体建模及有限元分析 104.1 利用 ANSYS 对主梁进行建模 104.1.1 主梁加一根加强梁时模型建立104.1.2 一根加强梁模型结果分析134.1.3 三根加强梁模型的建立及其结果分析154.2 板结构模型建立及有限元分析185 结论.22参考文献.24致谢.25济南大学泉城学院毕业论文11 绪论与简介1.1 有限元法论述1.1.1 有限元法简介有限元法作为计算力学中的一种重要方法，在 20 世纪中期便被应用于应用数学、计算科学以及现代力学，但那时还只是徘徊在相互渗透并且整合使用的边缘科学阶段。在最初有限元法应用于工程科学分析的时候，它被用于解决力学、电磁学等问题，同时也可以模拟热学等物理问题。传统的解析方法不能够求解结构形状以及边界条件统统不规则的疑难问题，这时，有限元法便能够体现出它的应用优势来，从而有效的解决这类问题。其基本思想就是想把所要研究的对象所在的求解域离散开来，成为一组有限个数并且按规律联系在一起的组合，正因为单元不仅可以拥有不同形状，而且能够按不同方式进行连结组合，所以可以用它来模拟各种形状的求解域，再通过力学分析和整体的分析将单元依次求解便能够解决复杂问题了。简而言之，有限元基本思路就是化整为零。1.1.2 有限元法基本思想有限元分析的基本思想是用较简单的问题代替复杂的问题后再求解。它将求解域看成是由许多成为是有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的近似解，然后推到求解这个域总的满足条件（如结构的平衡条件） ，从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段 1。1.1.3 有限元设计方法（1）划分单元网格，并按照一定的规律对单元和结点编号。（2）选定所需要的直角坐标系，并将有关信息填写并输入到程序之中。（3）上机对已经编号的程序开始进行计算，同时对上一步输入的信息进行进一步的加工计算。（4）对计算成果进行整理、分析，并能用表格或图线示出所需的位移和应力变化。事实上，当划分的区域已经足够小了，每个区域的变形以及应力总是向趋于简单的方向过渡，于是计算出来的结果也就能够越来越接近真实解。理论上说，当单元的数目分的足够多了，有限单元能够向问题的精确解收缩，但是同时计算量也相应的增大了不少。因此在实际工作时要在计算量及精度的选择上找出平衡点。济南大学泉城学院毕业论文2在有限元法分析中，相邻的两个小区域是通过边界上结点连结起来的，我们能用一个普通插值函数去分析各个小区域的变形以及应力，在求解过程中，便只要计算出结点处的应力变形，而非结点处的应力变形就通过函数插值求得，于是可以说有限元法并不能将区域中任意点的应力变形求解出来 2。有限元程序在大多数的情况下都以结点的位移为基本变量，需要先求出结点位移，然后计算小单元应力，这种方法称为位移法。有限元发本质上是一种微分方程的数值求解方法，正因为认识到了它，70 年代之后有限元法的应用领域便不再是固体力学了，而是扩展到了其它需要求解微分方程的流体力学、电磁学、热学、声学等物理学科。有限元法解决问题的过程概述如下：步骤 1：离散并且对单元类型进行选取；步骤 2：选择能够求解位移变量的函数；步骤 3：定义求解问题的应变位移及应力和应变的联系；步骤 4：推导出单元强度的矩阵以及函数方程；步骤 5：将单元方程组合起来并得出总体性的方程，同时引进边界条件；步骤 6：解广义位移即未知元素自由度；步骤 7：将应变应力求解出来；步骤 8：解释结果。1.1.4 有限元法的应用优势解题能力强是有限元法的最显著优点，能够较精确的模拟出各种复杂的曲线或形面，还能将网格进行随意的划分，并且能够统一处理不同种类的边界条件，离散方程在形式上来说都是较规范的，这样一来便于编写串通使用的计算程序，在固体力学方程数值求解方面都能取得不小的成就。即便如此，有限元发在应用于流体流动和传热问题时，方程的求解却遇到了阻碍，其原因就是这种方法只是对用加权余量法取得的离散方程近似于原数学微分方程。在处理流动以及导热问题时，这类问题在守恒性、强对流等方面有明显的要求时候，有限元离散方程还不能对各项给出一个合理的说明，所以在计算中出现的误差也难以改善。有限元法在工程问题分析中，其最主要的应用形式就是对于结构类型优化，其中包括了结构形状优化，结构强度优化分析，振动优化分析等。有限元法已经拥有几十年的发展历史，在其间也解决了不少实际工程类问题，从中取得了巨大经济收入。在有限元法出现之后，传统基于经验的结构设计也开始理性起来，设计的产品也尤为精细起来，而其中最为突出的是，产品设计过程中所需要使用样机试验的次数大大降低了，而产品可靠性反而提升了不少。压力容器的结构形状优化，机床切削时的振动分析，汽车研制过程中各个方向碰撞的模拟，发动机设计过程中的减振济南大学泉城学院毕业论文3降噪分析，新型武器研制过程中爆轰的模拟、弹头形状优化等，都是目前有限元法在工程中典型的应用。经过半个世纪的发展和实际工程问题应用，有限元法越来越显著的成为相当有效的解决工程问题的仿真理论，优化了大量的实际工程问题，巨大的推动了工业技术的进步。但是有限元法本身却并不是万能的分析法，也不能够用于所有工程问题的求解。在工程中实际遇到的各类问题。有限元发使用时也需要遵循以下条件：制做样机费用高，实验在实现的难易程度上来说较高。1.2 ANSYS 简介1.2.1 CAE 技术及应用企业要想在激烈的市场竞争中立于不败之地，就必须要始终不断保持产品的创新性。CAD/CAM 技术便是实现创新的关键手段，其中 CAE 技术是实现创新设计的最主要的技术保障。CAE 是一个涉及面广、集工程技术与多种学科于一体的综合性、知识密集型技术。相应的 CAE 软件是包含了数值计算技术、计算机图形学、数据库、工程分析与仿真等在内的综合型软件系统。CAE 软件的价值在于:在设计阶段,通过对产品和工程进行加工、性能和安全可靠性的模拟，可以尽早发现设计缺陷，并预测产品、工程的可靠性，为产品创新、工程施工提供技术保障。CAE(Computer Aided Engineering)就 是 使 用 计 算 机 软 件 辅 助 求 解 复 杂 工 程问 题 ， 例 如 产 品 结 构 强 度 的 计 算 ， 刚 度 分 析 ， 结 构 稳 定 性 分 析 ， 热 传 递 分 析 ，三 维 实 体 分 析 以 及 弹 塑 性 等 力 学 性 能 的 分 析 ， 同 时 还 能 对 结 构 性 能 进 行 优 化 设计 分 析 。 CAE 从 上 世 纪 60 年 代 初 到 今 天 ， 发 展 了 40 年 ， 在 其 间 其 理 论 和 分 析计 算 方 法 都 从 边 缘 科 学 逐 渐 发 展 并 且 日 趋 成 熟 ， 到 如 今 已 经 成 为 工 程 实 际 问 题分 析 和 产 品 结 构 稳 定 性 分 析 不 可 或 缺 的 数 值 计 算 方 法 ， 同 时 它 还 能 够 帮 助 分 析连 续 力 学 问 题 。 在 新 世 纪 初 ， 计 算 机 技 术 不 断 提 高 以 及 飞 速 发 展 更 加 速 了 CAE技 术 的 成 熟 和 运 用 ， 它 的 功 能 以 及 计 算 结 果 的 精 度 都 得 到 了 极 大 的 改 善 ， 各 种通 过 CAE 进 行 实 体 建 模 的 新 型 产 品 不 断 产 生 ， 这 个 系 统 已 经 成 为 结 构 分 析 及 优化 的 重 要 手 段 ， 同 时 它 在 计 算 机 辅 助 4C 系 统 中 也 成 为 了 不 可 或 缺 的 重 要 环 节 。CAE 系 统 ， 其 核 心 的 思 想 便 是 结 构 区 域 的 离 散 化 ， 通 俗 的 讲 就 是 把 实 际 结构 离 散 成 有 限 个 数 的 规 则 单 元 ， 并 且 将 它 们 组 合 起 来 ， 这 样 以 后 再 离 散 性 分 析实 际 结 构 的 物 理 性 能 ， 从 而 能 够 得 出 满 足 工 程 精 度 要 求 的 近 似 解 ， 并 用 这 个 近似 解 来 替 代 实 体 结 构 分 析 ， 这 样 以 来 ， CAE 系 统 就 能 解 决 很 多 实 际 工 程 问 题 尚待 解 决 、 但 仅 靠 理 论 分 析 无 法 分 析 的 复 杂 结 构 性 难 题 。 CAE 分 析 的 基 本 步 骤 就是 将 形 状 复 杂 的 待 求 解 问 题 的 求 解 域 离 散 成 为 有 限 的 结 构 形 状 简 易 的 单 元 ， 即将 连 续 的 整 体 简 化 成 有 限 个 单 元 组 合 而 成 的 组 合 体 ， 这 两 者 是 等 效 的 。 然 后 通过 连 续 体 的 离 散 ， 将 求 解 连 续 体 的 变 量 (应 变 、 位 移 变 化 、 压 力 平 衡 等 )问 题 变换 成 为 求 解 有 限 个 单 元 节 点 上 变 量 问 题 。 经 过 以 上 步 骤 得 到 的 方 程 是 与 一 组 代数 方 程 ， 而 不 再 是 先 前 的 描 述 实 际 连 续 体 函 数 的 方 程 组 了 ， 最 后 在 进 行 求 解 ，济南大学泉城学院毕业论文4得 到 问 题 的 近 似 解 ， 这 个 近 似 解 的 近 似 程 度 主 要 取 决 于 之 前 离 散 时 分 析 采 用 的单 元 类 型 、 元 素 量 和 对 离 散 单 元 求 解 的 插 值 函 数 。1.2.2 ANSYS发展及应用1970 年，ANSYS 公司创建于美国。ANSYS 软件是融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型 CAE 通用有限元分析软件，可广泛地用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、日用家电等一般工业及科学研究。该软件可在大多数计算机及操作系统中运行，从 PC 机到工作站直至巨星计算机，ANSYS 文件在其所有的产品系列和工作平台上均兼容。今天该软件的使用更加便利，功能更加强大。ANSYS 的虚拟样机设计法，使用户免了使用物理样机时的昂贵费时。分析整个产品的开发过程时（在一个连续的、互相协作的工程设计中） ，工作人员之间象一个团队一样互相协作。ANSYS 分析模拟工具支持多种工作平台，易于使用，并在不同种类不同结构平台上数据绝对兼容，提供了多耦场的分析功能。同时该软件还提供了相应不断改进的系列功能选项，其中有结构强度的非线形分析和优化设计，接触问题有限元分析，物理电磁学有限元分析，流体力学有限元问题分析，大应变/大变形显示功能和用 ANSYS 参数设计语言的扩展命令等等功能。以 Motif 作为其分析基础的菜单选项能让用户通过简易对话框、下拉菜单及其子菜单更方便的选择使用功能和输入数据，从而为用户使用ANSYS 软件提供了指引。1.2.3 ANSYS 的基本组成ANSYS 构架分为两层，一是起始层（Begin Level） ，二是处理层（Processor Level） 。这两层的相互联系就是需要通过起始层进入到不同处理器再开始输入命令。处理器被当作分析问题所列步骤的组合命令。处理器的主要功能就是接收相关类型分析任务的指令，定义问题类型、分析计算求解及检查结果也是分析问题所需步骤的组合命令。软件主要包含了三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。其中第一部分给用户提供了实体建模和划分网格的菜单，用户能便捷的构造出需要的模型。ANSYS 软件前处理模块主要的内容可分为两部分：实体建模&网格划分。（1）前处理模块（General Preprocessor, /PREP7）它为用户提供了实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型，软件提供了 100 多种单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。1）建立有限元模型。可以采用从上到下的方法：实体建模，通过参数化、布尔运算及体素库获得模型。或者采用下到上的方法：即从输入有限元单元模型资料开始，如坐标资料、节点、单元内节点排列次序。济南大学泉城学院毕业论文52）定义单元类型、实常数、材料特性。3）多种网格划分工具，进行单元形态、求解精度检查及修正。4）在几何模型或 FE 模型上加载：点载荷、体载荷、分布载荷、函数载荷。（2） 分析计算模块（Solution Processor, SOLU）1) 选择求解类型。2) 进行求解选项设定。（3） 后处理模块（General Postprocessor, POST1 或 Time Domain Postprocessor, POST26）可以将分析计算结果以彩色等值线显示、矢量显示、梯度显示、立体切片显示、粒子流迹显示、透明已经半透明显示等图形方式显示出来，也可以将计算结果以曲线、图表形式显示或输出。如果对问题深入研究，还需要用到（Time Domain Postprocessor,POST26）时域后处理器和最优化处理器（Optimization Processor, OPT） 。OPT 用于处理最优化问题，定义目标函数，限制函数；POST26 仅作用在动态结构问题分析之后，查看实际问题动态分析中与时间有关联的结果 4。在用 ANSYS 程序解决具体的实际问题时，有的步骤及其顺序是无关紧要的，视具体情况而定。各处理器之间关系如下图所示：Begin levelPRERP7ProcessorSolutionProcessorPOST26ProcessorPOST1Processor/EXITEnter ANSYS/PREP7 FINISH /SOLU FINISH /POST26 FINISH /POSY1 FINISH图 1.1 ANSYS 各处理器2 结构分析中常用单元的特性及定义济南大学泉城学院毕业论文62.1 结构静力学常用单元简介2.1.1 单元的定义有限元模型的建立是将结构转换为多节点和单元相互连接，所以节点即为结构中的一个点的坐标，指定一个号码和坐标位置。在 ANSYS 中所建立的对象（坐标系、节点、点、线、面、体积）都有编号。当节点建立完成后，必须使用适当单元，将结构按照节点连接成单元，并完成其有限元模型。单元选择的正确与否，将直接决定最后的分析结果。ANSYS 提供了一百二十多种不同性质类别的单元，而且其中每个单元都有各自不变的编号，比如LINK1 指的就是一号单元、SOLID45 指的就是 45 号单元。通过单元前的名称就可以很方便的判断这个单元的适用范围和它的基本形状，实际分析中单元类别有 1-D 线单元、2-D 平面单元以及 3-D 立体单元。1-D 线单元由两个点连接而成，2-D 平面单元由三个点连成三角形或者是四个点连成的四边形，而 3-D 立体单元不仅可由八点连接成六面体，还能由四点连接成角锥体。每个单元的用法以及使用注意事项都在ANSYS 的帮助文档有详细说明，使用时只要点击 HELP 命令就能够查看了。建立单元前必须先行定义使用者欲选择的单元型号、单元材料特性、单元几何特性等，为了程序的协调性一般在 PREP7 后，就定义单元型号和相关的资料，只要在建立单元前说明使用哪种单元即可。2.1.2 单元简要介绍在 ANSYS 软件中，每一类单元都有其详细的用法说明。这些说明包括了该类单元适合用于哪种问题结构分析、节点自由度、单元材料特性及几何特性、外力负载和输出分析结果等。以下列举的就是实际问题结构分析中最常用的单元 5：（1） LIKI 2-D 杆件：可以用于在不同的工程领域应用，例如桁架、杆件、弹簧等结构。该元素为二维空间并承受轴向的拉力与压力，不考虑弯矩。每个节点具有 X 和 Y 位移方向的两个自由度。（2） BEAM 2-D 弹性梁：单轴，承受拉力、压力及力矩的单元。每个节点具有 X 与 Y 位移方向及 Z 轴角度位移 3 个自由度。其他 2-D 梁有塑性梁及非对称斜度梁。（3） LINK8 3-D 杆件：LINK8 与 LINK2 具有相同的性质，仅占有的空间维数不同。LINK8 为三维空间承受单轴拉力或压力。（4） PLANE42 2-D 实体结构：用于仿真类问题二维实体结构设计。这个单元可用于平面或轴对称问题。它由 4 节点组合，其中每一个节点都具有 X、Y 方向两个位移的自由度。单元可具有塑性、弹性应变、塑性应变、应力强化、大变形以及大应变的性质。济南大学泉城学院毕业论文7表 2.1 结构静力学中常用的单元类型类别 形状和特性 单元类型杆 普通双线性LINK1,LINK8LINK10梁 普通截面渐变塑性考虑剪切变形BEAM3,BEAM4BEAM54,BEAM44BEAM23,BEAM24BEAM188,BEAM189管 普通浸入塑性PIPE16,PIPE17,PIPE18PIPE59PIPE20,PIPE602-D 实体 四边形三角形超弹性单元粘弹性大应变谐单元P 单元PLANE42,PLANE82,PLANE182PLANE2HYPER84,HYPER56,HYPER74VISCO88VISO106,VISO108PLANE83,PPNAE25PLANE145,PLANE1463-D 实体 块四面体层各向异性超弹性单元粘弹性大应变P 单元SOLID45,SOLID95,SOLID73,SOLID185SOLID92,SOLID72SOLID46SOLID65,SOLID64HYPER86,HYPER58,HYPER158VISO89VISO107SOLID147,SOLID148壳 四边形轴对称层剪切板P 单元SHELL93,SHELL63,SHELL41,SHELL43,SHELL181SHELL51,SHELL61SHELL91,SHELL99SHELL28SHELL150济南大学泉城学院毕业论文82.2 建模过程中对单元特性的定义2.2.1 两种建模方法由 ANSYS 软件建立的用节点以及元素组成的有限元实体模型跟实际机械结构的几何外型对比起来基本一致。有限元实体建模分为直接法和间接法（也称实体模型Solid Modeling） ，直接法就是根据机械结构的几何外型建立节点并且定义各项元素，因此决定了直接法的适用范围（相对简易的机械结构） ，而间接法不同，它适用于节点及元素数目较多并且几何外型杂乱无规律的机械结构。这种方法可以在点、线、面、体基础上建立有限元实体模型，再对模型进行网格划分，从而建立起有限元模型。2.2.2 单元特性定义建立单元前，必须先行定义使用者欲选择的单元形式号码、单元材料特性、单元几何特性等，当上述特性确定后便可以依据该单元节点的连接方式建立单元。单元形式号码、单元材料特性、单元几何特性等只要在建立单元前说明即可，故可位于建立节点之前或之后，为了利于程序协调性，一般在进入/PREP7 后，就先定义形式号码及其相关资料。对于实体建模，在划分网格前，要声明单元特性。单元特性一般包括单元类型、实常数、材料特性、截面类型和单元坐标系。在实际的 ANSYS 分析中只有 BEAM188 和 BEAM189 单元才需要定义单元的截面类型。在对空间梁进行划分网格时，还要指定方向关键点。为适应不同的分析需要，ANSYS提供了 190 多种不同的截面类型。从普通的线单元、面单元、块单元到特殊的接触单元、间隙单元和表面效应单元。在计算单元矩阵时，有一些数据可能无法从节点坐标或材料特性得到，这就需要定义单元实常数。典型的实常数包括：厚度、横截面积、高度等。材料特性包括杨氏模量、转动惯量等 6。对于 BEAM188 和 BEAM189单元，需要定义单元横截面积。ANSYS 提供了 11 种常见的截面类型，用户可以从中选择与实际结构相近的类型来使用。单元坐标系根据实际的需要定义。在完成单元特性定义后，划分网格之前，用户要对几何模型各部分指定单元特性。在完成单元特性定义后，如果不是采用直接法建模，就可以划分单元网格了，即生成有限元模型。通过设置网格控制选项，用户可以对网格划分方式、网格划分的形状、网格的大小以及中间节点的位置进行控制。ANSYS 提供两种网格划分方式：自由网格和映射网格。3 设计任务计算3.1 设计概况及参数3.1.1 设计概况济南大学泉城学院毕业论文9随着我国城市化进程的加速进行，城市化供水规模的不断增加，使得我国对于新型水厂的建设有着很大需求。无论在大中城市还是在农村，寻求一种方式灵活、占地面积小的水厂建设形式成为必然。模块化净水厂的优点则是投资小、见效快、占地面积小、操作方便、自动化程度较高，而且其规模形式灵活多样，适应我国的基本国情，能够在经济发展中展现巨大作用。图 3.1 模块化净水设备实物图3.1.2 设计参数主梁材料为方型空心型钢 1601604.5mm，横梁中心处折算工作水压0.0375MPa，板材料为钢 12604603.5mm，其弹性模量均为 2E+005，泊松比为0.3，主梁长度为 7080mm，因跨度较大，需用加强梁支撑，加强梁材料为160804.0mm 空心钢。3.2 主梁设计计算（3.1） mNq /9375.0.)162/50/126( 考虑实际约束时，（3.2）Nq /7542.03.)7/2-40162/50/126( 济南大学泉城学院毕业论文10最大力矩为（3.3）mNqlM152603.82793.512max抗弯截面惯量为 10947345mm4最大应力为（3.4）MPaHIM45.011094738526.maxax 4 ANSYS 实体建模及有限元分析4.1 利用 ANSYS对主梁进行建模4.1.1 主梁加一根加强梁时模型建立由于主梁跨度较大，需要用到加强梁，所以在建模过程中先在主梁中心处加一根加强梁。利用 ANSYS 分析的命令流 7：/COM, Structural ！设置解题类型!*/PREP7 ！进入前处理器!*ET,1,BEAM4 ！定义单元类型!*R,1,2745.2,10947345,10947345,160,160,0, ！定义转动惯量RMORE,0,0,0,0,0,0, !* R,2,1811.7,5976910,2035320,80,160,0,RMORE,0,0,0,0,0,0, !* !* MPTEMP, ！缺省设置济南大学泉城学院毕业论文11MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,2E+005 ！定义杨氏模量MPDATA,PRXY,1,0.3 ！定义泊松比K,1,0,0,0, ！建立关键点K,2,1770,0,0, K,3,3540,0,0, K,4,0,0,2600, K,6,3540,0,2600,K,7,-1770,0,0, K,8,-3540,0,0, K,10,-3540,0,2600, /VIEW,1,1,1,1 /ANG,1 /REP,FAST LSTR, 10, 8 ！通过关键点建立线 LSTR, 8, 7 LSTR, 7, 1 LSTR, 1, 2 LSTR, 2, 3 LSTR, 3, 6 LSTR, 1, 4 TYPE, 1 MAT, 1REAL, 1 ESYS, 0 SECNUM, !* FLST,2,6,4,ORDE,2 FITEM,2,1 FITEM,2,-6 LMESH,P51XTYPE, 1 MAT, 1REAL, 2 ESYS, 0 济南大学泉城学院毕业论文12SECNUM, !* LMESH, 7 ！划分单元（网格化）!* /SHRINK,0 /ESHAPE,1.0 /EFACET,1 /RATIO,1,1,1/CFORMAT,32,0 /REPLOT !* FINISH /SOLFLST,2,3,3,ORDE,3 FITEM,2,4 FITEM,2,6 FITEM,2,10 !* /GO ！在某些关键点加约束DK,P51X, , , ,0,ALL, , , , , , FLST,2,3,3,ORDE,3 FITEM,2,1 FITEM,2,3 FITEM,2,8 !* /GO DK,P51X, , , ,0,UY, , , , , , FLST,2,12,2,ORDE,2 FITEM,2,5 FITEM,2,-16 SFBEAM,P51X,1,PRES,57.9375, , , , , ,0 ！加线载荷/STATUS,SOLU ！进入求解处理器SOLVE ！求解运算FINISH /POST1 ！进入一般后处理器济南大学泉城学院毕业论文13PLDISP,1 ！显示变形图!* /EFACET,1 ！显示应力图PLNSOL, S,X, 0,1.0 FINISHSAVE ！保存相关数据图 4.1 建立完成后的主梁模型4.1.2 一根加强梁模型结果分析关于图 4.2 的说明：进入一般后处理器（General Postproc）后，可以用图形显示主梁上各个节点的位移偏移量，在图形显示结果（GUI 方式的 Plot Result）处理中，选择Deformed Shape.关于图 4.3 的说明：同时该处理器能够显示模型的应力变化图谱，在 Plot Result 中选择 Contour Plot，点击 Nodal Solu 就会弹出各个用于图形显示的选项，在这里我们选择Stress 中的 X-Component of stress,就可以显示图 4.3 的应力变化图谱。济南大学泉城学院毕业论文14图 4.2 一根加强梁时主梁模型变形图图 4.3 一根加强梁时主梁模型应力图济南大学泉城学院毕业论文15由图可见，当使用一根加强梁时最大应力处受到的应力为 449.62MPa，远大于理论计算值，所以该方案不可行。4.1.3 三根加强梁模型的建立及其结果分析（1）用 ANSYS 分析的命令流：/COM, Structural !* /PREP7 !* ET,1,BEAM4 !* R,1,2745.2,10947345,10947345,160,160,0, RMORE,0,0,0,0,0,0, !* R,2,1811.7,5976910,2035320,80,160,0,RMORE,0,0,0,0,0,0, !* !* MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,2E+005 MPDATA,PRXY,1,0.3 K,1,0,0,0, K,2,1770,0,0, K,3,3540,0,0, K,4,0,0,2600, K,5,1770,0,2600,K,6,3540,0,2600,K,7,-1770,0,0, K,8,-3540,0,0, K,9,-1770,0,2600, K,10,-3540,0,2600, /VIEW,1,1,1,1 /ANG,1 /REP,FAST LSTR, 10, 8 LSTR, 8, 7 LSTR, 7, 1 LSTR, 1, 2 LSTR, 2, 3 LSTR, 3, 6 LSTR, 9, 7 LSTR, 4, 1 LSTR, 5, 2 TYPE, 1 MAT, 1REAL, 1 ESYS, 0 15 SECNUM, !* FLST,5,9,4,ORDE,2 FITEM,5,1 FITEM,5,-9 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,_Y1,LINE CMSEL,_Y !* LESIZE,_Y1, , ,6, , , , ,1 !* 济南大学泉城学院毕业论文16FLST,2,6,4,ORDE,2 FITEM,2,1 FITEM,2,-6 LMESH,P51X TYPE, 1 MAT, 1REAL, 2 ESYS, 0 SECNUM, !* FLST,5,3,4,ORDE,2 FITEM,5,7 FITEM,5,-9 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,_Y1,LINE CMSEL,_Y !* LESIZE,_Y1, , ,6, , , , ,1 !* FLST,2,3,4,ORDE,2 FITEM,2,7 FITEM,2,-9 LMESH,P51X FINISH /SOLFLST,2,5,3,ORDE,4 FITEM,2,4 FITEM,2,-6 FITEM,2,9 FITEM,2,-10 !* /GO DK,P51X, , , ,0,ALL, , , , , , FLST,2,3,3,ORDE,3 FITEM,2,1 FITEM,2,3 FITEM,2,8 !* /GO DK,P51X, , , ,0,ROTY, , , , , , !* /SHRINK,0 /ESHAPE,1.0 /EFACET,1 /RATIO,1,1,1/CFORMAT,32,0 /REPLOT !* FLST,2,24,2,ORDE,2 FITEM,2,7 FITEM,2,-30 SFBEAM,P51X,1,PRES,57.938, , , , , ,0 /STATUS,SOLUSOLVE FINISH /POST1 PLDISP,1!* /EFACET,1 PLNSOL, S,X, 0,1.0 !* /EFACET,1 PLNSOL, U,X, 2,1.0 !* /EFACET,1 PLNSOL, S,EQV, 0,1.0SAVE毕业论文（2）ANSYS 的分析结果图 4.4 三根加强梁时主梁模型变形图济南大学泉城学院毕业论文17图 4.5 三根加强梁时主梁模型应力图主梁上各段的最大跨度为 1770mm，由图可明显看出最大应力处受到的应力为121.398MPa，接近理论值 110.54MPa，ANSYS 分析结果略大于理论值，同时需要考虑的是管道的约束和上层滤板托架的加强作用，使得该结构的稳定性更好，但是若要改变结构就需要重新计算设计，以保证结构的安全性。4.2 板结构模型建立及有限元分析（1）利用 ANSYS 分析的命令流：/COM, Structural !* /PREP7 !* ET,1,SHELL63!* R,1,3.5,0,0,0,0,0, RMORE,0,0,0,RMORE RMORE,0,!* !* MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,2E+005 MPDATA,PRXY,1,0.3 K,1,0,0,0, K,2,90,0,0, K,3,140,0,-50, K,4,320,0,-50, K,5,370,0,0,K,6,460,0,0,K,7,0,1260,0, K,8,90,1260,0, K,9,140,1260,-50, K,10,320,1260,-50, K,11,370,1260,0,K,12,460,1260,0,LSTR, 1, 2 LSTR, 2, 3 LSTR, 3, 4 LSTR, 4, 5 LSTR, 5, 6 LSTR, 7, 8 LSTR, 8, 9 LSTR, 9, 10 LSTR, 10, 11 LSTR, 11, 12 LSTR, 7, 1 LSTR, 8, 2 LSTR, 9, 3 LSTR, 10, 4 LSTR, 11, 5 LSTR, 12, 6 16FLST,2,4,4 FITEM,2,6 FITEM,2,11 FITEM,2,12 FITEM,2,1 AL,P51X FLST,2,4,4 济南大学泉城学院毕业论文18FITEM,2,7 FITEM,2,12 FITEM,2,13 FITEM,2,2 AL,P51X FLST,2,4,4 FITEM,2,8 FITEM,2,13 FITEM,2,14 FITEM,2,3 AL,P51X FLST,2,4,4 FITEM,2,9 FITEM,2,14 FITEM,2,15 FITEM,2,4 AL,P51X FLST,2,4,4 FITEM,2,10 FITEM,2,15 FITEM,2,16 FITEM,2,5 AL,P51X SAVEMSHAPE,0,2D MSHKEY,0!* FLST,5,5,5,ORDE,2 FITEM,5,1 FITEM,5,-5 CM,_Y,AREA ASEL, , , ,P51X CM,_Y1,AREA CHKMSH,AREA CMSEL,S,_Y !* AMESH,_Y1 !* CMDELE,_Y CMDELE,_Y1 CMDELE,_Y2 !* FINISH /SOL/VIEW,1,1,1,1 /ANG,1 /REP,FAST FLST,2,10,4,ORDE,2 FITEM,2,1 FITEM,2,-10 !* /GO DL,P51X, ,ALL, FLST,2,2,4,ORDE,2 FITEM,2,11 FITEM,2,16 !* /GO DL,P51X, ,UX,