KEYOPT(2) - использование коэффициента концентрации напряжений: - 0 - коэффициент концентрации напряжений определяется по значениям

- 1 - коэффициент концентрации напряжений определяется в первом узле каждого колена при расчете тройника;

- 2 - коэффициент концентрации напряжений определяется во втором узле каждого колена при расчете тройника;

- 3 - коэффициент концентрации напряжений определяется в обоих узлах каждого колена при расчете тройника.

KEYOPT(6) - признак вывода компонентов усилий и моментов:

- 0 - печать компонентов усилий и моментов не производится;

- 2 - печать компонентов усилий и моментов производится в системе координат элемента.

Расчетные данные элемента

Выходная расчетная информация, связанная с элементом, разделена на два вида:

- узловые перемещения, включенные в полное узловое решение;

- дополнительные расчетные элементные объекты, перечисленные в п. 2.12 Описание расчетных данных элемента Р1РЕ17 .

Осевое напряжение включает эффект внутреннего давления (замкнутый конец). Осевое напряжение не включает осевого компонента поперечного теплового напряжения. Кроме того, на каждом конце каждого колена выводятся максимальные и минимальные значения главных напряжений и эквивалентные напряжения. Эти значения определяются на внешней поверхности и не определяют напряжений в точках, лежащих на окружности трубы. Учет допустимого слоя коррозии производится так же, как и для элемента PIPE16. Главные напряжения и эквивалентные напряжения учитывают касательные компоненты напряжений, вызванные перерезывающими усилиями. Расчетные напряжения и коэффициенты концентрации напряжений вычисляются так же, как и для элемента

SIF;

PIPE16.

Таблица 2.12. Описание расчетных данных элемента PIPE 17

Определение

Номер элемента Узлы - I, J, К, L Объем

Координаты точки вывода результатов

TOUT1, TIN1, TOUT2, TIN2, TOUT3, TIN3 (для каждого колена значение на наружной и внутренней поверхностях трубы) PINT, РХ, PY, PZ, POUT

Компоненты усилий в элементной системе координат в узлах I и J Компоненты моментов в элементной системе координат в узлах I и J Коэффициенты концентрации напряжений

Напряжение, соответствующее максимальному температурному градиенту по толщине стенки

Давление для вычисления напряжений в хомутах при использовании стандартов расчетов

NODES V0LU:

XC,YC,ZC TEMP

PRES

MF0R:(X,YZ) MM0M:(X,Y Z) SFACTI, SFACTJ STH

SPR2

Таблица 2.12. Описание расчетных данных элемента PIPE17 (продолжение)

Определение

SMI, SMJ

SDIR

SBEND

S:(1MX, 3MN, INTMX, EQVMX)

S:(1, 3, INT, EQV)

S:(AXL, RAD, H, XH) EPEL:(AXL, RAD, H.XH) EPTH:(AXL, RAD, H)

Напряжения, вызванные моментами усилий в узлах i и J при использовании стандартов расчетов Осевое напряжение

Максимальное изгибное напряжение на наружной поверхности Касательное напряжение на наружной поверхности, вызванное кручением

Касательное напряжение, вызванное перерезывающими силами Максимальное главное напряжение, минимальное главное напряжение, максимальное эквивалентное напряжение по Трескау и Сен-Венану и по фон Мизесу (на наружной поверхности)

Максимальное главное напряжение, минимальное главное напряжение, максимальное эквивалентное напряжение по Трескау и Сен-Венану и по фон Мизесу

Осевое, радиальное, окружное и касательное напряжения Осевая, радиальная, окружная и касательная деформации Осевая, радиальная, окружная и касательная температурные деформации

2.10.13. PIPE18 - упругая

искривленная труба (колено)

Описание элемента

Элемент PIPE18 является изогнутым по дуге окружности элементом с одной осью, поддерживающим свойства растяжения - сжатия, кручения и изгиба. Элемент имеет шесть степеней свободы в каждом из двух узлов: перемещения в направлении осей X, Y и Z и вращения вокруг осей X, Y и Z узловой системы координат.

Для учета гибкости и концентрации напряжений имеются специальные опции. Элемент может учитывать наличие изоляции, проводимый поток жидкости и допустимую коррозию. Дополнительные подробности см. в описании элемента PIPE18 в Руководстве по объектам, программируемым пользователем . Элементом прямой трубы является PIPE16. Элементом тройника является PIPE17. Элементом пластической изогнутой трубы является PIPE60.

Исходные данные элемента

Геометрия, расположение узлов и система координат элемента показаны на рис. 2.13. Исходные данные элемента включают три узла, внешний диаметр трубы, толщину стенки, радиус кривизны, необязательные коэффициенты гибкости и коэффициенты концентрации напряжений, плотность протекающей жидкости, плотность внешней изоляции и толщину ее слоя, допускаемую толщину слоя коррозии и свойства изотропного материала. Постоянные протекающей внутри жидкости и внешней изоляции применяются только для определения дополнительных масс данных компонентов.

Несмотря на то что элемент изогнутой трубы имеет только две конечные точки (узлы I и J), третий узел (К) обязан определять плоскость, в которой находится элемент. Этот узел должен лежать в плоскости изогнутой трубы и со стороны центра кривизны линии I-J. При этом может использоваться узел, принадлежа-

Оси координат элементе х и у лежат в плоскости, образуемой узлами I, J и К.

К

Tout

У

Pout

Рис. 2.13. Геометрия элемента PIPE 18

щий другому элементу (например, узел присоединенного прямого трубчатого элемента). Исходные и расчетные координаты по окружности трубы определяются в качестве 0° при расположении на оси Y системы координат колена и в качестве 90° при расположении на оси Z системы координат элемента.

Применяется только концентрированная матрица масс элемента.

Гибкость и множители концентрации напряжений, учитываемые в элементе, вычисляются следующим образом.

Множитель гибкости в комплексе ANSYS = 1.65/(h(l + PrXk/tE)) или 1.0, применяется больь -е значение (используется при KEYOPT(3) = 0 или 1 и неуказанном значении FLXI).

Множитель гибкости по Карману = (10 + 12h2)/(l + 12h2) (используется при KEYOPT(3) = 2 и неуказанном значении FLXI).

Множитель гибкости пользователя = FLXI (в плоскости) и FLXO (вне плоскости элемента), может иметь любые положительные значения.

Во всех случаях по умолчанию FLXO = FLXI.

Коэффициент концентрации напряжений = 0.9/h2/3 или 1.0 (в зависимости от того, что больше), используется в случае, когда значения SIFI или SIFJ не указаны или меньше 1.0, и должен быть положительным, где h = tR/r2, t - толщина, R -радиус кривизны, г - средний радиус, Е - модуль Юнга.

Хк = 6 (r/t)4/3 (R/r)1/3 при KEYOPT(3) = 1 и R/г > 1.7, в противном случае Хк = 0.

Р - Р; - Рп при Р( - Рп > 0, в противном случае Р = 0, Р; = внутреннему давлению, Ро = внешнему давлению.

Если охватываемый угол полного колена меньше 360/(n(R/r))°, значение признака KEYOPT(3) = 1 не должно использоваться.

В расчетах трубопроводов для создания исходных данных элемента может использоваться модуль PIPE препроцессора PREP7.

Список исходных данных элемента

Узлы - I, J, К (узел К лежит в плоскости колена со стороны центра кривизны по отношению к линии I-J).

Степени свободы - UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ. Геометрические характеристики:

- OD - наружный диаметр трубы;

- TKWALL - толщина стенки;

- RADCUR - радиус кривизны;

- SIFI - коэффициент концентрации напряжений в узле I;

- SIFJ - коэффициент концентрации напряжений в узле J;

- FLEXI - коэффициент гибкости в плоскости;

- DENSFL - плотность протекающей жидкости;

- DENSIN - плотность внешней изоляции;

- TKIN - толщина слоя изоляции;

- TKCORR - допускаемая толщина слоя коррозии;

- (пробел);

- FLXO - коэффициент гибкости вне плоскости. Во всех случаях по умолчанию FLXO - FLXE

Свойства материала - EX, ALPX (или СТЕХ или THSX), PRXY (или NUXY), DENS, GXY, DAMP.

Нагрузки, распределенные на поверхности:

- давления: 1-PINT, 2-РХ, 3-PY, 4-PZ, 5-POUT. Объемные нагрузки:

- температуры: TOUT(I), TIN(I), TOUT(J), TIN(J) при KEYOPT (1) - О, или TAVG(I), T90(I), T180(I), TAVG(J), T90(J), T180(J) при KEYOPT (1) - 1.

Специальные возможности:

- большие перемещения;

- рождение и смерть.

KEYOPT(l) - представление температур:

- О - градиент температуры по толщине стенки;

- 1 - градиент температуры по диаметру.

KEYOPT(3) - множитель гибкости (если значение FLEX не указано):

- О - используется значение множителя гибкости комплекса ANSYS (без учета давления);

- 1 - используется значение множителя гибкости комплекса ANSYS (с учетом давления);

- 2 - используется значение множителя гибкости по Карману. KEYOPT(6) - признак вывода компонентов усилий и моментов:

- 0 - печать компонентов усилий и моментов не производится;

- 2 - печать компонентов усилий и моментов производится в системе координат элемента.

Расчетные данные элемента

Выходная расчетная информация, связанная с элементом, разделена на два вида:

- узловые перемещения, включенные в полное узловое решение;

- дополнительные расчетные элементные объекты, перечисленные в табл. 2.13.

Напряжения вычисляются на внешнем диаметре трубы, уменьшенном на удвоенную толщину допустимого слоя коррозии. Осевое напряжение включает эффект внутреннего давления (замкнутый конец). Кроме того, на каждом конце элемента выводятся максимальные и минимальные значения главных напряжений и эквивалентные напряжения. Эти значения определяются на внешней поверхности и не определяют напряжений в точках, лежащих на окружности трубы. Осевое напряжение не включает осевого компонента поперечного теплового напряжения. Главные и эквивалентные напряжения учитывают компоненты напряжений, обусловленные поперечной силой.

Таблица 2.13. Описание выходных данных элемента PIPE18

Объект Определение

EL Номер элемента

NODES Узлы -1, J

MAT Номер материала

VOLU: Объем

ХС, YC, ZC Координаты точки вывода результатов

CORAL Допускаемая толщина слоя коррозии

TEMP TOUT(I), TIN(I), TOUT(J), TIN(J)

TEMP TAVG(I), T90(l), T180(l), TAVG(J), T90(J), T180(J)

PRES PINT, PX, PY, PZ, POUT

FFACT Коэффициент гибкости элемента

MFOR:(X, Y Z) Компоненты усилий в элементной системе координат в узлах I и J

MM0M:(X, Y, Z) Компоненты моментов в элементной системе координат в узлах I и J

SFACTI, SFACTJ Коэффициенты концентрации напряжений в узлах I и J

STH Напряжение, соответствующее максимальному температурному градиенту

по толщине стенки

SPR2 Давление для вычисления напряжений в хомутах при использовании

стандартов расчетов

SMI. SMJ Напряжения, вызванные моментами усилий в узлах I и J

при использовании стандартов расчетов SDIR Осевое напряжение

SBEND Максимальное изгибное напряжение на наружной поверхности

ST Касательное напряжение на наружной поверхности, вызванное кручением

v.SSF Касательное напряжение, вызванное перерезывающими силами

S:(1MX, 3MN, INTMX, EQVMX) Максимальное главное напряжение, минимальное главное напряжение.

максимальное эквивалентное напряжение по Трескау и Сен-Венану

и по фон Мизесу (на наружной поверхности) S:(AXL, RAD, Н, ХН) Осевое, радиальное, окружное и касательное напряжения

S:(l, 3, INT, EQV) Максимальное главное напряжение, минимальное главное напряжение,

максимальное эквивалентное напряжение по Трескау и Сен-венаму

и по фон Мизесу

EPEL:(AXL, RAD, Н, ХН) Осевая, рвдиальная. окружная и касательная деформации

EPTH:(AXL, RAD, Н) Осевая, радиальная, окружная и касательная температурные деформации

2.10.14. PIPE20-

прямая пластическая труба

Описание элемента

Элемент PIPE20 является элементом с одной осью, поддерживающим свойства растяжения - сжатия, кручения и изгиба. Элемент имеет шесть степеней свободы

в каждом из двух узлов: перемещения-в направлении осей X, Y и Z и вращения вокруг осей X, Y и Z узловой системы координат.

Элемент обладает свойствами пластичности, ползучести и радиационного набухания. Если эти свойства не являются необходимыми, можно применять элемент упругой трубы PIPE 16. Для вывода значений сил и моментов в системе координат элемента имеется специальная опция. Элементом пластической изогнутой трубы является PIPE60.

Исходные данные элемента

Геометрия, расположение узлов и система координат элемента показаны на рис. 2.14. Исходные данные элемента включают два узла, внешний диаметр трубы, толщину стенки, необязательный коэффициент концентрации напряжений и свойства изотропного материала.

Ось Y системы координат элемента Z параллельна плоскости XY глобальной

системы координат

Рис. 2.14. Геометрия элемента PIPE20

Ось X элемента направлена от узла I к узлу J. Ось Y элемента автоматически определяется так, чтобы являться параллельной плоскости XY глобальной системы координат. Несколько вариантов ориентации показаны на рис. 2.14. В случае, если элемент параллелен глобальной оси Z (или отклоняется от нее не более чем на 0,01%), ось Y элемента ориентируется параллельно глобальной оси Y (как показано). Исходные и расчетные координаты по окружности трубы определяются в качестве 0° при расположении на оси Y системы координат элемента и в качестве 90° при расположении на оси Z системы координат элемента.

Список исходных данных элемента

Узлы - I, J (узел J определяет конец 1).

Степени свободы - UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ.

Геометрические характеристики - OD (наружный диаметр трубы), TKWALL (толщина стенки), SIFI (коэффициент концентрации напряжений, используется

только при KEYOPT (2) = 4), SIFJ (коэффициент концентрации напряжений, используется только при KEYOPT (2) = 4).

Свойства материала - EX, ALPX (или СТЕХ или THSX), PRXY (или NUXY), DENS, GXY, DAMP.

Нагрузки, распределенные на поверхности:

- давления: 1 -PINT, 2-РХ, 3-PY, 4-PZ, 5-POUT. Объемные нагрузки:

- температуры: TAVG(I), T90(I), T180(I), TAVGQ), T90Q), T180Q);

- поток частиц: FLAVG(I), FL90(I), FL180(I), FLAVGQ), FL90(J), FL180G). Специальные возможности:

- пластичность;

- ползучесть;

- радиационное набухание;

- изменение жесткости при приложении нагрузок;

- большие перемещения;

- рождение и смерть.

KEYOPT(2) - признак использования коэффициента концентрации напряжений:

- О - коэффициент концентрации напряжений не используется;

- 4 - коэффициент концентрации напряжений в узлах I и J определяется геометрическими характеристиками.

KEYOPT(6) - признак вывода компонентов усилий и моментов:

- О - печать компонентов усилий и моментов не производится;

- 2 - печать компонентов усилий и моментов производится в системе координат элемента.

Расчетные данные элемента

Выходная расчетная информация, связанная с элементом, разделена на два вида:

- узловые перемещения, включенные в полное узловое решение;

- дополнительные расчетные элементные объекты, перечисленные в табл. 2.14. Результаты нелинейного расчета приводятся в восьми точках на периферии

трубы на обоих концах трубы. Результаты линейного расчета, аналогичные результатам расчета элемента PIPE 16, также выводятся, пока свойства элемента остаются линейными. Начальное упругое изгибное напряжение (SBEND) умножается на введенные ранее коэффициенты концентрации напряжений (SIFI и SIFJ) при KEYOPT(2) = 4, если эти коэффициенты превосходят значение 1.0. Для иных напряжений или в пластической области эта операция умножения не производится.

Таблица 2.14. Описание расчетных данных элемента PIPE20

Таблица 2.14. Описание расчетных данных элемента PIPE20 (продолжение)

Определение

МАТ VOLU: XC, YC, ZC TEMP FLU EN PRES

MFOR:(X,YZ)

MMOM:(X,Y Z)

SDIR

SBEND

S1MX, S3MN SINTMX, SEQVMX

S:(AXL, RAD, H.XH) S:(1,3, INT, EQV)

EPEL:(AXL, RAD, H, XH) EPTH:(AXL, RAD, H) EPSWAXL

ЕРРЦАХЦ RAD, H, XH)

EPCR(AXL, RAD, H, XH)

SEPL

SRAT

HPRES

EPEQ

Номер материала Объем

Координаты точки вывода результатов

Температуры: TAVG(I), T90(l), T180(l), TAVG(J), T90(J), T180(J) Поток частиц: FLAVG(I), FL90(I), FL180(I), FLAVG(J), FL90(J), FL180(J) Давление: PINT, PX, FY, PZ, POUT

Компоненты усилий в элементной системе координат в узлах I и J Компоненты моментов в элементной системе координат в узлах I и J Осевое напряжение

Максимальное изгибное напряжение на наружной поверхности Касательное напряжение на наружной поверхности, вызванное кручением Касательное напряжение, вызванное перерезывающими силами Максимальное и минимальное главные напряжения Максимальные эквивалентные напряжения по Трескау и Сен-Венану и по фон Мизесу на наружной поверхности (вычисляются на основе SDIR, SBEND, ST, SSFn в соответствии с S1, S3, SINT, SEQV, как указано ниже) Осевое, радиальное, окружное и касательное напряжения Максимальное главное напряжение, минимальное главное напряжение, максимальное эквивалентное напряжение по Трескау и Сен-Венану и по фон Мизесу

Осевая, радиальная, окружная и касательная деформации

Осевая, радиальная, окружная и касательная температурные деформации

Осевая деформация ползучести

Осевая, радиальная, окружная и касательная пластические деформации Осевая, радиальная, окружная и касательная деформации ползучести Эквивалентное напряжение по кривой деформирования

Отношение пробного напряжения к напряжению на пластической поверхности Гидростатическое давление Эквивалентная пластическая деформация

2.10.15. MASS21 -

сосредоточенная масса МДТТ

Описание элемента

Элемент MASS21 является элементом точки, имеющей до шести степеней свобод: перемещения в направлении осей X, Y и Z узловой системы координат и вращения вокруг осей X, Y и Z узловой системы координат. Каждому направлению системы координат могут присваиваться различные значения масс и моментов инерции.

Иным элементом с возможностью полного описания масс (с внедиагональны-ми членами) является элемент MATRIX27.

Исходные данные элемента

Элемент сосредоточенной массы определяется единственным узлом, компонентами сосредоточенной массы в направлении осей системы координат элемента и моментами инерции относительно осей системы координат элемента. Система координат элемента может быть исходно параллельной глобальной декартовой системе координат или узловой системе координат (в зависимости от значения признака KEYOPT(2)). Система координат элемента поворачивается совместно

Мх,Му,Мг

- Система координат элемента показана для KEYOPT (2) = 1

Рис. 2.15. Геометрия элемента MASS21

с узловой системой координат в ходе расчета с большими перемещениями. Существуют опции для удаления эффектов моментов инерции и приведения элемента к двухмерному (признак KEYOPT(3)). Если элемент требует указания только одной массы, эта масса считается действующей во всех соответствующих направлениях координат. Система координат для этого элемента показана на рис. 2.15.

Признак KEYOPT(l) = 1 определяет массу в форме объем*плотность, которая позволяет изображать элемент сосредоточенной массы командой /ESHAPE, а равно использовать плотность, зависящую от температуры.

Список исходных данных элемента

Узлы - I.

Степени свободы:

- UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ при KEYOPT (3) = 0;

- UX, UY, UZ при KEYOPT (3) = 2;

- UX, UY, ROTZ при KEYOPT (3) - 3;

- UX, UY при KEYOPT (3) ~ 4 (степени свободы соответствуют узловой системе координат).

Геометрические характеристики:

- MASSX, MASSY, MASSZ, IXX, IYY, IZZ, при KEYOPT (3) - 0;

- MASS, при KEYOPT (3) - 2;

- MASS, IZZ, при KEYOPT (3) = 3;

- MASS, при KEYOPT (3) - 4.

MASSX, MASSY, и MASSZ являются компонентами сосредоточенной массы в направлении осей системы координат элемента. IXX, IYY и IZZ являются моментами инерции вокруг осей системы координат элемента. См. также описание признака KEYOPT(2).

Свойства материала - DENS (при KEYOPT(l) = 1).

Нагрузки, распределенные на поверхности - нет.

Объемные нагрузки - нет.

Специальные возможности:

- больЩие перемещения;

- рождение и смерть.

KEYOPT(l) - признак интерпретации геометрических характеристик (масса/объем или момент инерции/плотность):

- О - геометрические характеристики интерпретируются в качестве масс и моментов инерции;

- 1 - геометрические характеристики интерпретируются в качестве объемов и моментов инерции/плотности (плотность должна указываться в качестве свойства материала).

KEYOPT(2) - признак начальной системы координат элемента:

- О - система координат элемента исходно параллельна глобальной декартовой системе координат;

- 1 - система координат элемента исходно параллельна узловой системе координат.

KEYOPT(3) - опция использования момента инерции:

- О - масса в трехмерном (3D) пространстве совместно с моментами инерции;

- 2 - масса в трехмерном (3D) пространстве без моментов инерции;

- 3 - масса в двухмерном (2D) пространстве совместно с моментами инерции;

- 4 - масса в двухмерном (2D) пространстве без моментов инерции.

Расчетные данные элемента

Расчетная информация, связанная с элементом, включена в полное узловое решение. Иных расчетных данных для элемента MASS21 нет.

2.10.16. ВЕАМ23 - двухмерная балка

с возможностью пластического поведения

Описание элемента

Элемент ВЕАМ23 является одноосным элементом, имеющим свойства растяжения - сжатия и изгиба. Элемент имеет три степени свободы в каждом узле: перемещения в направлении осей X и Y и поворот вокруг оси Z.

Элемент имеет возможность учитывать пластичность, ползучесть и радиационное набухание. Если эти эффекты учитывать не требуется, можно использовать элемент двухмерной упругой балки ВЕАМЗ. Двухмерной скошенной не симметричной балкой является элемент ВЕАМ54.

Исходные данные

Геометрия, расположение узлов и координатная система элемента показаны на рис. 2.16. При помощи признака KEYOPT(6) можно выбрать один из четырех типов поперечных сечений. Элемент определяется двумя узлами, площадью поперечного сечения, моментом инерции сечения, толщиной (высотой) для прямоугольного поперечного сечения, наружным диаметром (OD) и толщиной стенки (TKWALL) для тонкостенной трубы, наружным диаметром цельного цилиндра и свойствами изотропного материала.