案例10 压力容器静力学仿真

1.案例介绍

压力容器是内部或外部承受气体或液体压力、并对安全性有较高要求的密封容器。在工业场景中广泛出现，压力容器的质量对于工业安全非常重要，在很多意外事故中，起因都是因为压力容器出现了微小的裂缝。
本案例研究在受内部压强下压力容器与底座的静力分析。

2.流程介绍

• 前处理与求解设置
  • 学习如何设置压力容器模型与材料相关选项
  • 学习如何合理设置飞轮边界条件
  • 学习如何设置求解器
• 后处理结果分析展示
  • 结果云图

本案例使用的网格模型为vessel_MED

步骤一：导入网格

进入静力学分析模块，点击“静力学分析”下的“网格”，导入输入文件的网格。本案例的网格名为vessel_MED.med。如下图所示：

步骤二：打开非线性开关

本案例采用非线性分析。点击“静力学分析”，打开“非线性效应”开关。如下图所示：

步骤三：设置非线性接触

首先点击“非线性接触”，在“摩擦”选项选择“库伦法”，非线性算法、摩擦算法以及接触算法选择“固定点法”，其余采用默认设置即可。

步骤四：单元设置

单元设置主要目的是设置单元类型，在静力学模块中，单元类型可以设置为三维完全积分单元与三维缩减积分单元两种；网格类型可分为一阶网格与二阶网格两种。当单元设置为手动时，可对子模型进行单元设置。设置如下图所示：

步骤五：全局模型

设置沿Y轴负向的重力加速度，大小为9.8m/$s^2$。具体设置如下图所示：

步骤六：材料设置

点击材料后的“+”，定义材料属性为“钢”，施加位置如图

步骤七：边界条件与荷载

点击“边界条件与荷载”后的“+”，选择“固定支撑”。

再次点击“+”，添加“压强”。

点击“+”，添加“对称约束”。

步骤八：求解器设置

在偏微分方程求解的几种数值方法中，有限元方法最为通用，在工程领域应用也最为广泛。

以本案例为例，采用MUMPS计算方式.默认设置求解器设置如下图所示：

步骤九：时间步设置

时间步设置——结束时间设为1s，最大时间步长设为0.1s，其余采用默认设置。

步骤十：结果设置&计算

可在结果设置中选择所需的物理场，如下图所示：

点击“仿真计算”，开始计算，直至提示成功即可。操作如下图所示：

步骤十一：结果展示

查看计算结果——点击“结果云图”。在“物理场”下拉菜单中可以设置不同结果的名称。具体结果如下图所示：