西南石油大学现代cae作业2

　现 代 CAE 技 术 大 作 业

　第一题 井眼稳定性与井筒压力

　LESIZE,9

　LESIZE,9, , ,40,0.2, , , ,1

　LESIZE,10, , ,40,0.2, , , ,1

　LESIZE,2, , ,30, , , , ,1

　LESIZE,3, , ,30, , , , ,1

　LESIZE,5, , ,20, , , , ,1

　MSHAPE,0,2D

　MSHKEY,0

　AMESH,3

　FINISH

　/SOL

　DL,9, ,SYMM

　DL,10, ,SYMM

　SFL,3,PRES,p1,

　SFL,2,PRES,p2,

　SFL,5,PRES,p0,

　solve

　FINISH

　/post1

　csys,1

　PATH,In_Wall,2,30,20,

　PPATH,1,node(r,0,0)

　PPATH,2,node(r,90,0)

　/PREP7

　a=1500

　r=110

　p1=50

　p2=50

　p0=10

　ex1=6.54e3

　nu1=0.22

　ch=18

　angle=28

　ET,1,PLANE82

　KEYOPT,1,3,2

　MP,EX,1,ex1

　MP,PRXY,1,nu1

　TB,DP,1

　TBMODIF,1,1,ch

　TBMODIF,1,2,angle

　TBMODIF,1,3,

　RECTNG,0,a,0,a,

　CYL4,0,0,r

　asba,1,2

　1 井眼径向位移 2 井周应力变化

　路径

　路径 单位：mm （查看Von Mises stress） 单位： MPa

　 图1 井眼径向位移 图2 井周应力变化

　图3 井周井周应力变化曲线

　从以上分析可知，井眼周围所受的最大应力为81.28MPa，此应力发生图2所示的红色区域内，此区域极易发生井壁坍塌、脱落破坏，在工程中应给予足够的重视。

　第二题 钢板受力分析

　APDL程序

　AMESH,3

　AMESH,3

　FINISH

　/SOLU

　DL, 10, ,SYMM

　DL, 9, ,SYMM

　SFL,2,PRES,30, ,

　SOLVE

　FINISH

　/POST1

　! PLNSOL,S,X,0,1

　/EXPAND,4,POLAR,HALF,,90

　/PREP7

　RECTNG,,150,,150,

　CYL4, , ,13

　ASBA, 1,2

　ET,1,PLANE82

　KEYOPT,1,3,3

　R,1,25,

　MP,EX,1 ,2.1e9,

　MP,NUXY,1 ,0.3,

　KESIZE,5,2

　KESIZE,6,2

　ESIZE,15,0,

　MSHAPE,0,2D

　MSHKEY,0

　孔板内的σx、σy、τxy，以及Von Mises Stress见图4至图7所示。

　σx

　σx单位：MPa σy 单位：MPa

　图4 σx应力场分布 图5 σy应力场分布

　τxy单位： MPa Stress 单位： MPa

　图6 τxy应力场分布 图7 Von Mises Stress场分布

　取孔眼周围路径做井周长度与σx的曲线，见图8所示。题中给出了屈服强度为650MPa，改变压力P的大小来验证当P为多大时，钢板发生屈服。作出σx与P之间的关系曲线从中计算出650MPa下的P值。如图9所示。从图9中可以计算出当压力P为208MPa时，钢板就会屈服，即临界压力Pmax=208MPa。

　从图7中可以看出，最大的Von Mises Stress发生在图中所示的红色区域，即在椭圆的两个长轴方向上最易破坏，有最大的Von Mises Stress，其值大小为92.34MPa。

　图8 孔眼周围σx与孔眼周围长度的关系 图9 孔眼所受应力σx与压力P的关系

　单位：

　单位：mm

　 图10 孔眼壁的位移变化图 图11 桁架模型图

　第三题 桁架受力分析

　桁架所受反力见表1所示。各个杆所受内力见图12所示，具体数据见表2。

　 表1 节点2和3所受反力 单位:MPa

　Node

　2

　5

　Total Value

　FY(N)

　100

　-70

　30

　表2 各杆受内力情况单位：MPa

　杆

　内力（N）

　受力分析

　1

　-25.000

　受压

　2

　-30.000

　受压

　3

　25.000

　受拉

　4

　15.000

　受拉

　5

　-87.500

　受压

　6

　-37.500

　受压

　7

　52.500

　受拉

　表3 各点的位移

　点

　X方向位移（单位：mm）

　Y方向位移（单位：mm）

　1

　.56E-07

　-.13E-06

　2

　.45E-07

　0

　3

　-.25E-07

　-.20E-06

　4

　-.20E-07

　-.63E-07

　5

　0

　0

　各杆受力

　各杆受力

　单位：MPa

　图12 桁架各杆所受内力

　第四题 悬臂梁静力分析

　当P=5N单独作用时，梁的挠度变化曲线：从图中可以可能出最大挠度发生在红色区域。剪力图、弯矩图分别见图14、图15所示。

　单位：mm

　图13 悬臂梁（P=5N）挠度曲线

　单位：N·

　单位：N·mm

　单位：N

　图14 悬臂梁（P=5N）剪力图 图15 悬臂梁（P=5N）弯矩图

　单位：Nq=0.1N/mm单独作用时的梁的挠度曲线：从图中可以看出最大挠度发生在红色区域。剪力图、弯矩图分别见图16、图17所示。P=5N与q=0.1N/mm共同作用时的挠度曲线见图19，从图中可以看出最大挠度发生在红色区域。剪力图、弯矩图分别见图20、21

　单位：N

　单位：mm

　单位：mm

　图16 悬臂梁（q=0.1N/mm）挠度曲线 图17悬臂梁（q=0.1N/mm）剪力图

　图18悬臂梁（q=0.1N/mm）弯矩图 图19 悬臂梁（P、q共同作用）挠度曲线

　图20 悬臂梁（P、q共同作用）剪力图 图21悬臂梁（P、q共同作用）弯矩图

　单位：mm

　单位：N·m

　单位：N

　单位：N·m

　单位：N

　第五题 建立实体模型

　APDL命令流：

　/filname,Beam stress analysis

　/title,BSA

　/prep7

　et,1,3

　r,1,12.5,26.0417

　mp,ex,1,70

　mp,prxy,1,0

　n,1,0,0,0,

　ngen,7,1,1,,,1,,,1,

　*do,i,1,6

　e,i,i+1

　*enddo

　d,1,all,0

　*do,i,1,6

　sfbeam,i,1,pres,2.5

　*enddo

　f,7,fy,-5

　/solu

　solve

　/post1

　etable,imoment,smisc,6

　etable,jmoment,smisc,12

　etable,ishear,smisc,2

　etable,jshear,smisc,8

　plls,imoment,jmoment

　plls,ishear,jshear

　save

　/filname,Beam stress analysis

　/title,BSA

　/prep7

　et,1,3

　r,1,12.5,26.0417

　mp,ex,1,70

　mp,prxy,1,0

　n,1,0,0,0,

　ngen,7,1,1,,,1,,,1,

　*do,i,1,6

　e,i,i+1

　*enddo

　d,1,all,0

　f,7,fy,-5

　/solu

　solve

　/post1

　save

　/filname,Beamstress analysis

　/title,BSA

　/prep7

　et,1,3

　r,1,12.5,26.0417

　mp,ex,1,70

　mp,prxy,1,0

　n,1,0,0,0,

　ngen,7,1,1,,,1,,,1,

　*do,i,1,6

　e,i,i+1

　*enddo

　d,1,all,0

　*do,i,1,6

　sfbeam,i,1,pres,2.5

　*enddo

　/solu

　solve

　/post1

　etable,imoment,smisc,6

　etable,jmoment,smisc,12

　etable,ishear,smisc,2

　etable,jshear,smisc,8

　plls,imoment,jmoment

　plls,ishear,jshear

　save

　第五题： 建立实体模型

　建立实体模型见图22所示。

　图22 实体模型

　APDL命令流：

　/filname,Entity mode

　/title,EM

　/prep7

　et,1,42

　et,2,42

　et,3,42

　mp,ex,1,2.1e5

　mp,prxy,1,0.3

　mp,ex,2,2.1e4

　mp,prxy,2,0.28

　mp,ex,3,1.8e5

　mp,prxy,3,0.25

　block,-4,4,0,1,0,4

　lwplan,,2,0.5

　csys,4

　block,0,2,0,-3,-2,2

　wpoffs,2,0,0

　wpro,0,90,0

　cyl4,,,1.75,,,,3

　vsbv,2,3

　wpoffs,0,-3,0

　wpoffs,-1,0,0

　block,-1,1,-1,1,0,0.5

　cyl4,,,0.5,,,,3

　vsbv,2,3

　wpoffs,0,6,0

　block,-1,1,-1,1,0,0.5

　cyl4,,,0.5,,,,3

　vsbv,2,3

　wpoffs,0,-6,0

　LOCAL,11,1,3,2,1.83690953073e-016, , , ,1,1,

　csys,11

　k,100,1,0,0

　k,101,1,90,0

　k,102,1,90,0.5

　k,103,1,0,0.5

　a,100,101,102,103

　vsba,5,9

　vdele,2

　wpoffs,0,6,0

　LOCAL,12,1,-3,2,-1.83690953073e-016, , , ,1,1,

　k,104,-1,0,0

　k,105,1,90,0

　k,106,1,90,0.5

　k,107,-1,0,0.5

　a,104,105,106,107

　vsba,6,12

　vdele,2

　csys,4

　wpoffs,-2,0,0

　wpoffs,0,0,3

　wpro,0,0,90

　cyl4,,,0.5,,,,3

　vsbv,1,2

　wpoffs,0,-6,0

　cyl4,,,0.5,,,,3

　vsbv,6,1

　vsel,s,volu,,2

　vatt,1

　allsel,all

　vsel,s,volu,,4

　vatt,2

　allsel,all

　vsel,s,volu,,3

　vatt,3

　allsel,all

　vsel,r,volu,,5

　vatt,3

　allsel,all

　/pnum,mat,1

　/replot

　save

　第六题 求梁的剪力图和弯矩图

　图23 梁的挠度曲线

　表3 节点1和7 所受反力

　Node

　1

　7

　Total Value

　FY(N)

　72

　148

　220

　单位：N 图24 梁的剪力图 图25 梁的弯矩图

　单位：N

　图24 梁的剪力图 图25 梁的弯矩图

　单位：

　单位：N·mm

　从图25中可以看出，最大弯矩发生在红色区域，从左侧数据可以读出其值为144N·mm。

　APDL命令流：

　/filname,Shearand Moment of Beam

　/title,SMB

　/Prep7

　et,1,3

　mp,ex,1,2.1e5

　mp,prxy,1,0.3

　r,1,0.01,833e-8

　n,1

　ngen,12,1,1,,,1,,,1

　*do,i,1,11

　e,i,i+1

　*enddo

　d,1,all,0

　d,10,uy,0

　f,12,fy,-20

　*do,i,3,11

　sfbeam,i,1,pres,20

　*enddo

　f,3,mz,160

　/sol

　solve

　save

　/post1

　etable,imoment,smisc,6

　etable,jmoment,smisc,12

　etable,ishear,smisc,2

　etable,jshear,smisc,8

　plls,ishear,jshear

　plls,imoment,jmoment

　第七题：是否完成上机练习的每道题?

　是的，每个上机作业都在老师的指导下完成。通过课上理论的学习以及实际操作，对每一条命令都有了更深刻的了解和认识，这对于以后的实际运用将有很大的帮助。我将继续努力学习Ansys的运用，为今后的工程应用打好基础！