结构demo-厚壁圆筒受内外压作用三维实体单元弹塑性分析

算例来源：自创算例制作：王遥-武汉理工大学算例校核：关键词：厚壁圆筒实体单元弹塑性

厚壁圆筒受内/外压作用（三维实体单元）的弹塑性分析目录摘要前处理求解设置后处理利用ANSYSworkbench有限元软件对厚壁圆筒进行弹性应力分析，得到厚壁圆筒的径向应力切向应力与半径的变化规律。ANSYS有限元结果与通过理论公式计算出的解析解吻合。说明力学模型的建立是可行的,计算结果是可信的,为厚壁圆筒在冲击内压作用下弹性阶段的设计计算提供了依据。

厚壁圆筒是最简单的高压与超高压设备,是工程中经常使用的一种结构。爆轰自增强技术可以成功的对这类设备进行自增强处理,从而提高其静强度和疲劳强度。在爆轰载荷的作用下筒壁,特别是内壁处的应力、位移、速度随时间的变化规律是我们关心的问题之一。本文采用通用有限元分析软件ANSYSworkbench,对厚壁圆筒进行极限应力分析，就其工程应用意义上来说是很重要的。摘要

一厚壁圆筒，其内径=50mm,外径=100mm,作用在内孔上的压力=375MPa,无轴向压力，轴向长度视为无穷。弹性模量E=206GPa,泊松比μ=0.3。

本例将对厚壁圆筒进行静力强度分析，在分析中直接自己创建材料属性。本例主要说明利用有限元法进行模型分析的方法和步骤。问题描述采用ANSYS的静力分析模块进行该厚壁圆筒的强度分析，模拟施加荷载过程，采用三维实体单元，取其中的一小部分进行计算，通过约束边界条件达到与实体结构相同的计算单元。问题分析目录摘要前处理求解设置后处理1、建立分析系统建立静力结构分析系统，将分析项目重命名为【StaticStructural】，如下图所示。前处理2、几何模型

在【Geometry】单元格中，点击右键选择【ImportGeometry】->【Browse】，选择结构Demo18-Shaft.agdb文件。双击【Geometry】单元格打开几何体，如下图所示。前处理3、材料属性

双击【EngineeringData】单元格，在【ContentsofEngineeringData】下创建新材料，在Clickheretoaddanewmaterial出输入新材料的名称为NEWMATERIAL，在Toolbox中拖入IsotropicElasticity，在PropertiesofOutlineRow4:NEWMATERIAL下输入弹性模量和泊松比分别E=206GPa,μ=0.3，在Toolbox中的【Plasticity】选择【BilinearIsotropicHardening】，将其拖曳到【NewMaterial】中，在细节中输入屈服强度输入500Mpa，切线模量输入70MPa，材料属性设置完成。前处理3、材料属性

前处理3、材料属性

在左侧树形窗口中选择【Model(A4)】->【Geometry】->【Solid】，在Detailsof“Solid”中的Material下的Assignment中更改材料属性，选择自己设置的材料NEWMATERIAL，如图。前处理4、网格划分网格划分采用映射方式，在左侧树形窗口中选择【Model】->【Mesh】->【Insert】->【FaceMeshing】，弹出【FaceMeshing】细节设置对话框，选择模型的上半边，如图所示。前处理4、网格划分在【Mesh】设置中将相关系数调到最大，得到的网格如图所示。前处理5、边界条件边界条件用循环对称边界条件，在施加循环对称边界条件之前，要先建好柱坐标系，在左侧树形窗口中选择【Model(A4)】->【CoordinateSystems】->【Insert】->【CoordinateSystem】，在坐标细节中【Definition】中的【Type】下选择【Cylindrical】，【Origin】下【DefineBy】选择【GlobalCoordinates】，具体设置如图所示，得到的柱坐标系如图所示。前处理5、边界条件在左侧的树形窗口中选中【Model】->【Insert】->【Symmetry】如图所示。前处理5、边界条件在左侧树形窗口中选择【Symmetry】->【Insert】->【CyclicRegion】，如图所示。前处理5、边界条件出现循环对称细节窗口，在【LowBoundary】选择与X轴平行的一个面，如图所示。前处理5、边界条件同理，选择另一侧的边为HighBoundary。如图所示。前处理5、边界条件循环边界条件设置完毕。下面进行上下面的位移设置。选择【Model(A4)】->【StaticStructural(A5)】单击右键选择【Insert】->【Displacement】，选中上下两面，点击【Apply】，在细节面板选中【Definition】->【DefineBy】->【Components】，坐标选择新建的柱坐标系，输入Y方向的位移约束为0，输入Z方向位移约束为0，结果如下图所示。前处理目录摘要前处理求解设置后处理1、荷载步设置（1）载荷步设置存在施加荷载和释放荷载，所以采用两个分析步，选择【Model(A4)】->【StaticStructural(A5)】->【AnalysisSettings】->【StepControls】，设置【Numberofsteps】的值为2，其他采用默认设置，如图所示。求解设置1、荷载步设置（2）施加荷载条件选择【Model(A4)】->【StaticStructural(A5)】单击右键选择【Insert】->【Pressure】，选中内弧，点击【Apply】，在细节面板下的Magnitude下选择TabularData，在表格中的1s后输入50MPa，在2s后输入0，如图，施加的荷载如下图所示。求解设置3、求解

选择【Model(A4)】->【StaticStructural(A5)】单击右键选择【Solve(F5)】进行计算。求解设置目录摘要前处理求解设置后处理（1）

查看变形结果

使用【StaticStructural】的后处理模块查看变形结果。右键点击工程树下的【Solution】，选择【Insert】->【Deformation】->【Total】，在细节面板中选中【Definition】->【DisplayTime】，分别输入1s，2s，在工程树中右键点击【TotalDeformation】，选择【RetrieveThisResult】，求解完成后结果如下。后处理塑性分析后处理（1）

查看变形后处理1s时TotalDeformation结果塑性分析后处理（1）

查看变形后处理2s时TotalDeformation结果由图可以看出，厚壁圆筒已经发生了塑性变形，在卸载之后还存在6.468e-005mm的塑性变形。（2）

查看等效应力

使用【StaticStructural】的后处理模块查看米塞斯应力。右键点击工程树下的【Solution】，选择【Insert】->【Stress】->【Equivalent(von-Mises)】，在细节面板中选中【Definition】->【DisplayTime】，分别输入1s，2s，在工程树中右键点击【Equivalent(von-Mises)】，选择【Re