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ANSYS参数化设计在裂纹扩展模拟中的应用

发布时间:

《化工装备技术》第28卷第3期2007年

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ANSYS参数化设计在裂纹扩展模拟中的应用

屠立群+ 孙伟明蔡东海
(浙江工业大学机电工程学院)

摘要介绍了大型有限元分析软件ANSYS参数化设计的实现方法,并且在实例 中用APDL编写裂纹板裂纹扩展模拟的前处理程序,成功地实现了裂纹扩展过程。 关键词 裂纹扩展ANsYS 参数化设计APDL压力容器

ANSYs是融热、电、磁、流体、结构、 声学于一体的大型通用有限元分析软件,是顺 应潮流而发展起来的CAE仿真设计工具。它 牢牢把握了CAE的发展方向,提供了从通用 到专用的全线CAE解决方案。
l ANSYS二次开发的方法简介
与任何大型软件一样,ANsYS不仅提供 强大的GuI(Graphic user Inte柏ce)前台应用

功能,它还提供了强大的二次开发接口: (1) APDL(ANS汀S Parametde Design
Language)参数化设计语言; (2)UIDL(User—Inte血ce Des咖Lan—
guage)用户界面设计语言; (3)UPFS(User Progr彻哪able Feature)
用户可编程特性。 熟练掌握以上三种语言,可以充分挖掘
ANSYS在数值分析和数值模拟方面的功能。

¥屠立群,女,1982年1月生,硕士研究生。杭州市,310014。

3.3.5.2合格指标: a)焊缝金属不得有裂纹、未熔合、气孔
和夹渣等缺陷。 b)钎缝渗透深度£≥3r(r为内管壁
厚)。 值得一提的是:经解剖检测与超声波仪检
测的钎缝渗透结果进行对比,两者检测的结果 相同。所以在实际管道施工检验时,不采用解 剖检测,而采用超声波仪进行检测。
4焊接工艺评定报告
焊接工艺评定指导书和焊接工艺评定报告

可参照GB50236一1998《现场设备、工业管道 焊接工程施工及验收规范》或JB4708—2000 《钢制压力容器焊接工艺评定》推荐表式。

5其他

《锅炉压力容器压力管道焊工考试与管

理规则》对于钎焊也未列入,所以钎焊焊工

的考试也可参考本文介绍的考核方法。不过钎

焊焊工考试之前必须按《锅炉压力容器压力

管道焊工考试与管理规则》附则要求办理相

关备案手续。

(收稿日期:2006旬8旬8)

 万方数据

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ANSYS参数化设计在裂纹扩展模拟中的应用

2 ANSYS参数化设计

APDL指ANsYs参数化设计语言,它是 一种解释性语言,是用来自动完成某些功能或 建模的一种脚本语言。它包含了三个方面的内

容:(1)工具条;(2)参量;(3)宏。 标准的ANsYs程序是由1000多条命令驱
动的。从ANsYS命令的功能上讲,它们分别 对应ANSYs分析过程中的定义几何模型、划

分单元网格、材料定义、添加载荷和边界条 件、控制和执行求解以及后处理计算结果等指 令。
在参数化的分析过程中,可以简单地修改 其中的参数达到反复分析各种尺寸、不同载荷 大小的多种设计方案或者序列性产品,极大地

提高分析效率,减少分析成本。同时,以AP— DL为基础用户可以开发专用有限元分析程序, 或者编写经常重复使用的功能小程序,保存成 宏文件以供用户随时调用或创建成按钮(缩 写)放在工具条上。例如:

可以首先创建宏文件Call—Macro.mac,将

其存储在当前工作目录中,其内容如下:

FINISH

/CLEAR

/PREP7

ET,1,souD45 MP,Ex,1,2E11

1定义单元类型 1定义材料属性

MP,NUXY,1,0.3

MP,DENS,1,7835

MP,KXX,1,42

/VIEW,,一1,一2,一3

BL0cK,,10,,3,,4,

!创建长方体

EsIzE,O.5

1定义单元尺寸为0.5

VMEsH,ALL

!划分单元网格

EPLOT

这是一个简单的创建长方体并进行网格划 分的宏文件。
然后,定义调用宏文件的缩写MyMacro。 在ANSYS Toolbar对话框中立即增加一个新按 钮MYMACR0,如图l所示调用宏的按钮

MYMACRO(前四个按钮是ANsYs本身自带 的)。

,:一^N·s髂,T一00、1bn廿…一一…·一
s^忱』B;肛sⅧ』B日帆T P0"E蕊f。H附MAcR。

t一



图1 自定义工具条

最后,再将预定义的缩写按钮储存到指定 文件MY—abbr.ABBR中.其内容如下:
/NOPR
术ABB,SAVE—DB,SAVE 木ABB,RESUM—DB,RESUME
术ABB,QUIT,Fnc一/EXIT 木ABB,POWRGRPH,Fnc~/GRAPHICS ¥ABB,MYMACR0,Call—Macro.mac
!新增按钮MYMAcR0
/GO
点击自定义按钮可调用自己创建的宏文 件,图2即为点击MYMAcR*磁サ饔煤晡 件后做出的一个矩形建模及网格化的例子。

图2矩形建模及网格化
3应用示例
随着现代工业的发展,压力容器广泛应用 于化工、电力、核动力工程、交通和城市公用 工程等行业和部门中。伴随着其广泛应用,压 力容器的安全问题也越来越倍受人们的关注。
裂纹是压力容器安全重点问题之一。在裂 纹初期就能够准确预测其扩展方向和方式,对 压力容器的安全评定具有深远的影响。在本实 例中,应用ANSYS/LS—DYNA软件结合前面

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所介绍的参数化设计语言对裂纹扩展的过程进 行模拟。
虽然LY—DYNA具有强大的计算功能, 但其前处理功能相对较差。而ANsYS恰好弥 补了这个缺陷,它利用了APDL参数化设计语 言灵活的编程功能,出色完成了LY—DYNA 的前处理。
图3所示的是具有单边裂纹的有限板单向 均匀受拉结构。

图3断裂试样结构

Ls—DYNA3 D前处理部分的程序如下:

FINIsH

!退出以前的模块

/cLEAR

!清除系统中的所有数据

!设置工程属性

/FILNAM.crack /PREp7

1/VIEW,,1,2,3

/PLOPTS,INF0,1
1定义变量、单元类型、材料

ET,1,SHELLl63 ET,2,solidl64

MP,DENS.1.7,8e一6

MP,EX,1,2.06e5

MP,NUXY,l,0.3
TB,BIS0,l…,

TBDAT,1,450

TBDAT,2,5e3
……!建立实体模型 ……!划分面网格 ……!拉伸面网格为体网格设置 ……!拉伸面网格为体网格 !加载荷

NSEL,S,LOC,Y,60,60 NPLOT.1

CM,N—FUP.NODE

冰DIM,TIME,ARRAY,2,1.1, ,玎ME(】,】,】)=O ⅡME(2,1.1)=O.01

丰DIM,FORCE,ARRAY,2,1,】 FORCE(1,1,1) =O
FORCE(2,1,1)=6000

EDLOAD,ADD,FY,,N—FUP,TIME,FORCE NSEL,S,LOC,Y,一60, 一60 NPLOT.1

CM,N—FDOWN,NODE

水DIM,FORCEDOWN,ARRAY,2,1,1 FORCED0wN(1,1,1)=0 FORCEDOWN(2,1,1)=一6000 EDLOAD,ADD,FY,,N—FDOWN,TIME,
FORCEDOWN

ALLSEL.ALL EPLOT

!定义求解参数
time.O.01 edrst.】00

edhtime.100

EDOUT.SPCFORC EDOUT.MATSUM

EDOUT.GLSTAT

ALLSEL.ALL

sAVE

!保存数据库文件

FINIsH

!退出前处理模块

!进入求解器,输出K文件

/SOLU

EDWRITE,LSDYNA,’EX6—3’,’K’,’’
该实例中应用了s01idl64单元,执行此项 前处理程序之后的有限元模型如图4所示。

图4 单向均匀受拉的具有单边裂纹有限板有限7i模型

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运行前处理程序后,生成LSPREPOsT程 序可读的.K文件。将其中的材料关键字修改 成 术 MAT—ISOTROPIC—ELASTIC—FAILURE, 这是一个含有失效准则的材料模型。材料参数 见表l。

表l

裂纹板材料参数

妇·Pmm。。剪∥切M模P量 a

0rL,磐竺强化笆墨箩性塑堡失效
MPa模量ETAN模量Ⅳ 应变EPF

7.8E一06 O.792E+05 450

5124

1.717E+05 O.53

图7 40300号节点l,向位移曲线

最后,由ANSYS/LS—DYNA执行.K文 件进行有限元计算。
由图5、图6可以看出,裂纹板在失效准 则的判定下,裂纹开始向另一侧开裂,与真实 情况一致。并且,在LSPREPOST中可以模拟 裂纹开裂的整个动态效果。同时,通过对AP— DL前处理程序的修改,还可以方便得到不同 材料在各种应力条件下裂纹扩展的模拟,极大
图5 裂纹板在裂纹扩展过程中的等效应力云图
图6裂纹板在裂纹扩展过程中的塑性应变云图

图8 29008号单元等效应力曲线
地提高了工作效率。
4结束语
通过本文的叙述和实例显示,ANSYS的 APDL语言能灵活地实现有限元分析中的众多 相关功能,为工程设计和研究提供了有力的开 发*台和分析工具。在本文与LS—DYNA相 结合的实例中更能体现APDL的实用性和多用 途。
ANSYs软件包具备完备的系统开放性,还 可利用FORTRAN语言或C语言编制自己的程 序模块来丰富其功能,在工程上有着非常广阔 的应用前景。
参考文献
[1] 龚曙光,谢桂兰.ANsYs操作命令与参数化编程 [M].北京:机械工业出版社,2004.
[2] 白金泽.Ls—DYNA3D理论基础与实例分析[M]. 北京:科学出版社.2005.
[3] 杨庆生,杨卫.断裂过程的有限元模拟[J].计算力 学学报,1997.14(4):407—412. (收稿日期:2006JD9—10)

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作者: 作者单位: 刊名:
英文刊名: 年,卷(期): 被引用次数:

屠立群, 孙伟明, 蔡东海 浙江工业大学机电工程学院
化工装备技术 CHEMICAL EQUIPMENT TECHNOLOGY 2007,28(3) 1次

参考文献(3条) 1.龚曙光.谢桂兰 ANSYS操作命令与参数化编程 2004 2.白金泽 LS-DYNA3D理论基础与实例分析 2005
3.杨庆生.杨卫 断裂过程的有限元模拟[期刊论文]-计算力学学报 1997(04)

引证文献(1条)
1.彭云 基于VUMAT的三维裂纹动态扩展有限元模拟[期刊论文]-南昌航空大学学报(自然科学版) 2010(2)

本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_hgzbjs200703009.aspx



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