算例分享：Hydrostatic Pressure荷载用于壳单元

1月前浏览13284

本文摘要（由AI生成）：

本文介绍了在Workbench环境中计算静水压力作用于壳体表面的方法。首先创建了一个方形薄壁容器的几何模型，然后使用Mechanical组件进行结构分析。在分析过程中，需要设置单位系统、材料、厚度等参数。接着，通过施加固定支撑和静水压力荷载，计算了容器在两种受力情况下的结构变形和受力情况。第一种情况是容器放置在一定深度的液体中，第二种情况是容器内部装有一定深度的液体。最后，通过计算结果对比了两种情况下容器的变形情况。

本文给出一个在Workbench环境中的Hydrostatic Pressure（静水压力）作用于壳体表面的计算例题。如图1所示的方形薄壁容器，有两种受力情况：

(1) 容器放置于一定深度的液体中（液体在容器外，容器内没有液体）；

(2) 其中装有一定深度的某种液体（液体在容器内）。

假设容器底面为固定，分别计算两种情况下结构变形和受力情况。

图1 方形薄壁容器示意图

本问题涉及到的操作要点包括：

ü SHELL单元施加荷载的Top/Bottom面

ü Mechanical中Hydrostatic Pressure的定义

采用单位系统Metric（kg,mm,s,℃, mA,N,mV），在DM中创建几何模型。首先绘制一个200×200的矩形草图。对草图进行拉伸操作，拉伸厚度100mm，单击工具栏Generate按钮，生成三维模型。选择Concept>Thin/Surface命令，在Tree Outline中增加一个Thin分支。在Thin分支的Details属性中，选择Selection Type为Faces to Remove，Geometry选为模型的上表面，并将厚度值改为0mm，单击工具栏Generate按钮，生成如图2所示的面体模型。关闭DesignModeler，返回Workbench。

图2 生成容器模型

在Workbench的Project Schematic中双击Static Structural系统的Model单元格，启动Mechanical组件。选择分析单位系统为Metric(mm,kg,N,s,mV,mA)。

选择Surface Body分支，在Details of“Surface Body”中确认Surface Body的材料为默认的Structural Steel，在Thickness中设置面体的厚度为0.5mm。

选择Mesh分支，在鼠标右键菜单中选择Insert>Sizing，在Mesh下出现Sizing分支。在Sizing分支的属性中点Geometry，在图形区域中通过Box Select选择全部的5个面，然后点Apply，设置这些面的Element Size为10mmb.选择Mesh分支，在其右键菜单中选择Generate Mesh，划分网格后得到的分析模型如图3所示。

图3 划分网格后的模型

下面首先计算第一种情况，按照如下步骤进行加载和求解。

选择Structural Static分支，在图形区域选取壳体下表面，通过右键菜单选择Insert>Fixed Support，插入Fixed Support分支。

选择Structural Static(B5)分支，选择>Insert>Hydrostatic Pressure，在模型树中加入一个Hydrostatic Pressure分支。

在Hydrostatic Pressure分支的的Details View中选择Geometry属性，用鼠标选取壳体的四个侧面，然后在Geometry属性中点Apply按钮。

设置Fluid Density为1.e-006设置液体受到的重力加速度为10000，方向设置为容器一条侧边，更改方向为竖直向上（Workbench中定义的加速度方向与惯性力方向相反）。设置自由液面位置。在Free Surface Location中，将Location容器设置成容器最上部一条边，并单击Apply。注意到其中的Shell Face选项为Top，这时结构上作用的荷载分布如图4所示。