2.6 实例—储液罐的实体建模

如图2-22所示为储液罐示意图，各个尺寸如图2-23所示，储液罐内储存某种液体，设计压力为5.7MPa，试分析该储液罐的应力分布。

图2-22 储液罐几何模型示意图

图2-23 1/4罐体几何尺寸示意图

材料的弹性模量为1.73E11Pa，泊松比为0.3。

在本章和以后的几章中将依次介绍该实例的整个分析过程，本章先介绍几何模型的建立过程。

2.6.1 GUI方式

1．定义工作文件名和工作标题

（1）定义工作文件名。执行实用菜单中的Utility Menu > Change Jobname命令，在弹出的Change Jobname对话框中输入Tank并选中New log and error files复选框，单击OK按钮。

（2）定义工作标题。执行实用菜单中的Utility Menu > File > Change Title命令，在弹出的Change Title对话框中输入The Tank Model，单击OK按钮。

（3）重新显示。执行实用菜单中的Utility Menu > Plot > Replot命令。

2．生成椭圆封头截面

（1）生成4个关键点。执行主菜单中的Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create >Keypoints > In Active CS命令，弹出如图2-24所示的对话框，输入如图2-24所示的数据，单击Apply按钮。

图2-24 Create Keypoints in Active Coordinate System对话框

之后再依次输入0、2.4、0;0.92、2、0;0、2.32、0；单击OK按钮。

（2）显示工作平面。执行Unitity Menu > WorkPlane > Display Working Plane命令。

（3）将工作平面平移2个单位的距离。执行Unitity Menu > WorkPlane > Offset WP by Increments命令，弹出Offset WP对话框，在X, Y, Z Offsets文本框中输入0,2,0，如图2-25所示，单击OK按钮。

图2-25 Offset WP对话框

（4）建立椭圆局部柱坐标系11。执行实用菜单中的Unitity Menu > WorkPlane > Local Coordinate Systems > Create Local CS > At WP Origin命令，弹出如图2-26所示的对话框，输入如图2-26所示的数据，单击OK按钮，局部坐标系建立完毕，创建完的局部坐标系自动成为当前坐标系。

图2-26 Create Local CS at WP Origin对话框

（5）在局部坐标系11中创建椭圆线。执行主菜单中的Main Menu > Preprocessor > Modeling >Create > Lines > Lines > In Active Coord命令，弹出关键点拾取框，依次拾取关键点1和2，再依次拾取3和4，单击OK按钮。

（6）创建关键点之间的连线。执行主菜单中的Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create >Lines > Lines > Straight Line命令，弹出拾取关键点的对话框，依次拾取关键点3和1，单击Apply按钮；然后拾取关键点4和2，单击OK按钮。

（7）生成椭圆封头截面。执行主菜单中的Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Areas >Arbitrary > By Lines命令，弹出拾取线对话框，用鼠标拾取刚刚生成的4条线，单击OK按钮，生成的结果如图2-27所示。

图2-27 生成结果

3．生成储液罐圆柱部分截面

执行主菜单中的Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Areas > Rectangle > By Dimensions命令，弹出Create Rectangle by Dimensions对话框，输入如图2-28所示的数据，单击OK按钮。

图2-28 Create Rectangle by Dimensions对话框

4．合并两个截面边界上的重合关键点

执行主菜单中的Main Menu > Preprocessor > Numbering Ctrls > Merge Items命令，弹出合并重合项对话框，在Label项中选择Keypoints，其他项保持默认设置即可，单击OK按钮。

5．生成1/4罐体

执行主菜单中的Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Extrude > Areas > About Axis命令，弹出拾取旋转面对话框，单击Pick All按钮，接着弹出拾取定义轴线两个关键点对话框，用鼠标选取椭圆封头截面上左上端的两个关键点（即关键点4和2），单击OK按钮，弹出如图2-29所示对话框，在其中进行如图2-29所示设置，然后单击OK按钮，生成的结果如图2-30所示。

图2-29 Sweep Areas about Axis对话框

图2-30 生成结果

6．将工作平面与总体直角坐标系重合

执行实用菜单中的Utility Menu > WorkPlane > Align WP with > Global Cartesian命令，即可实现工作平面与总体直角坐标系重合。

7．将工作平面绕Y轴旋转90°

执行实用菜单中的Unitity Menu > WorkPlane > Offset WP by Increments命令，弹出Offset WP对话框，在XY, YZ, ZX Angles文本框中输入0,0,90，如图2-31所示，单击OK按钮。

图2-31 Offset WP对话框

8．创建空心圆柱体

执行主菜单中的Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Volumes > Cylinder > Partial Cylinder命令，弹出Partial Cylinder对话框，如图2-32所示，输入数据后，单击OK按钮。

图2-32 Partial Cylinder对话框

9．所有几何体之间执行互分运算

执行主菜单中的Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Overlap > Volumes命令，弹出拾取几何体对话框，单击Pick All按钮。

10．隐藏工作平面

执行实用菜单中的Utility Menu > WorkPlane > Display Wprking Plane命令。

11．打开体编号控制器

执行实用菜单中的Utility Menu > PlotCtrls > Numbering命令，弹出编号控制对话框，将Volumes numbers后面的Off改为On，单击OK按钮。

12．将视图调整为等轴视图

执行实用菜单中的Utility Menu > PlotCtrls > Pan Zoom Rotate命令，弹出Pan Zoom Rotate对话框，单击Iso按钮，结果如图2-33所示。

图2-33 生成结果

13．删除多余的体

执行主菜单中的Main Menu > Preprocessor > Modeling > Delete > Volume and Below命令，弹出Delete Volume & Below对话框，用鼠标拾取编号为V4和V5的体，单击OK按钮。

14．激活总体直角坐标系

执行实用菜单中的Utility Menu > WorkPlane > Change Active CS to > Global Cartesian命令，即可激活总体直角坐标系。

15．映射几何体

执行主菜单中的Main Menu > Preprocessor > Modeling > Reflect > Volumes命令，弹出几何体拾取框，单击Pick All按钮，弹出Reflect Volumes对话框，如图2-34所示，在Ncomp Plane of symmetry后面选中X-Z plane Y单选按钮，单击OK按钮。再次执行主菜单中的Main Menu > Preprocessor > Modeling >Reflect > Volumes命令，弹出几何体拾取框，单击Pick All按钮，弹出Reflect Volumes对话框，在Ncomp Plane of symmetry后面选中X-Y plane Z单选按钮，单击OK按钮，生成的结果如图2-35所示。

图2-34 Reflect Volumes对话框

图2-35 生成结果

16．合并所有几何体边界上的重合关键点

执行主菜单中的Main Menu > Preprocessor > Numbering Ctrls > Merge Items命令，弹出合并重合项对话框，在Label项中选择Keypoints选项，其他项保持默认设置即可，单击OK按钮。

17．保存几何模型

单击ANSYS Toolbar工具条中的SAVE_DB按钮，保存文件。

2.6.2 命令流方式

        /FILNAME, Tank
        /TITLE, The Tank Model
        /PREP7
        K, ,1,2, ,
        K, ,0,2.4, ,
        K, ,0.92,2, ,
        K, ,0,2.32, ,
        WPSTYLE, , , , , , , ,1
        wpoff,0,2,0
        CSWPLA,11,1,0.4,1,
        L,      1,      2
        L,      3,      4
        LSTR,      4,      2
        LSTR,      3,      1
        FLST,2,4,4
        FITEM,2,1
        FITEM,2,2
        FITEM,2,3
        FITEM,2,4
        AL, P51X
        RECTNG,0.92,1,0, -2,
        NUMMRG, KP, , , , LOW
        FLST,2,2,5, ORDE,2
        FITEM,2,1
        FITEM,2, -2
        FLST,8,2,3
        FITEM,8,4
        FITEM,8,2
        VROTAT, P51X, , , , , , P51X, ,180,1,
        WPCSYS, -1,0
        wprot,0,0,90
        CYL4,0,0,0.3,0,0.38,90,1.3
        FLST,2,3,6, ORDE,2
        FITEM,2,1
        FITEM,2, -3
        VOVLAP, P51X
        WPSTYLE, , , , , , , ,0
        /PNUM, VOLU,1
        /VIEW, 1 ,1,1,1
        FLST,2,2,6, ORDE,2
        FITEM,2,4
        FITEM,2, -5
        VDELE, P51X, , ,1
        CSYS,0
        FLST,3,4,6, ORDE,3
        FITEM,3,1
        FITEM,3,6
        FITEM,3, -8
        FLST,3,4,6, ORDE,3
        FITEM,3,1
        FITEM,3,6
        FITEM,3, -8
        VSYMM, Y, P51X, , , ,0,0
        FLST,3,8,6, ORDE,2
        FITEM,3,1
        FITEM,3, -8
        VSYMM, Z, P51X, , , ,0,0
        NUMMRG, KP, , , , LOW
        SAVE