突破认知！深入研究管口的平衡载荷与位移约束！

摘要

本文基于《ANSYS在机械与化工装备中的应用-第2版》一书中的案例，深入研究了接管端部施加平衡载荷及接管长度对分析结果的影响。通过ANSYS Workbench软件复现并分析了原书结果，发现将管口位移约束改为平衡载荷对分析结果有显著影响，而是否约束筒体环向自由度影响较小。进一步，通过拉长接管并约束筒体环向自由度发现，结果与原书位移约束分析结果高度一致，近似等效。总结认为，对于很长的接管分析，可通过约束端面法向自由度来模拟，而施加平衡载荷则需建立足够长的接管。

正文

    本文案例来自《ANSYS在机械与化工装备中的应用-第2版》by余老师。在该案例的基础上深入的做了一点对比工作。向余老师致敬。

注：原书有矛盾，接管外直径描述为530mm，实际建模接管半径为530mm。

    本文主要深入研究两个方面的问题：

    研究一：接管端部施加平衡载荷会怎么样？

    研究二：接管不同长度对分析结果有什么影响？

    按照原书的建议，边界条件设置如下。

    原书网格如下，本号认为该网格满足分析要求，但一般来说，网格尺寸应该平缓过渡，不宜突变。

    本号在ANSYS Workbench中复现了分析结果。

    接管端部不再施加轴向约束，改为施加平衡载荷，因此三个方向的约束不完备，需要增加其它措施。

    措施一：约束不足，打开弱弹簧；

    由于约束不足，位移结果不具有参考性，只能对比应力结果：

    措施二：增加约束筒体环向自由度；

    对比应力结果：

    总结：将管口的位移约束改为平衡载荷，对分析结果的影响很大。是否约束筒体的环向自由度，对分析结果的影响较小。

    接管端部不再施加轴向约束，改为施加平衡载荷，但是接管拉长十倍，并且约束筒体环向自由度。

    对比应力结果：

    分别对比原书位移约束的分析结果，研究一平衡载荷的分析结果，研究二拉长接管的分析结果。

    对比总的应力强度。原书位移约束的分析结果与研究二拉长接管的分析结果高度一致，近似等效。

    对比两条路径的应力分类结果。原书位移约束的分析结果与研究二拉长接管的分析结果高度一致，近似等效。

    原书对于接管轴向的位移约束，可以认为是假定接管无限长。

    换言之，如果用户想获得接管在很长情况下的分析结果，不需要建立很长的接管，只需要约束接管端面的法向自由度即可。

    反言之，如果用户一定要在接管施加平衡载荷，那么就需要建立足够长的接管，以实现圣维南原理需要的条件。