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基于ANSYS的输电钢管杆结构分析作者：梁雄来源：《环球市场》2019年第36期摘要：本文通过运用有限元分析软件ANSYS Workbench对高压钢管杆在设定工况下的应力及变形情况进行分析。
结果表明，在设定工况下，钢管杆的最大应力小于钢管杆材料的许用应力。
所分析钢管杆疲劳强度合格。
关键词：钢管杆;载荷;ANSYS在输电通道日渐紧张的情况下，钢管杆已成为一种日渐重要的输电杆塔形式，其在设计条件下的安全运行就显得尤为重要。
本文考虑在设定工况条件下对某型号高压输电钢管杆强度和应力应变进行分析，理论分析钢管杆安全状态。
本文所分析的钢管杆为220kV单回钢管杆，参数如表1：一、设定载荷本次根据《110kV～750kV架空输电线路设计规范》GB 50545-2010规定各种组合工况下的载荷，运用NSA钢管杆设计系统，得到钢管杆在运行中的最不利载荷数据，再将此载荷作为ANSYS中结构分析载荷的依据。
二、分析模型建立本次基于SolidWorks和ANSYS Workbench平台完成高压输电钢管杆的分析，流程如图1。
对钢管杆的实体模型的网格划分需要使用高级尺寸控制功能，采用基于曲率和粗糙的设定，其余采用Mesh模块的默认设定。
三、基于ANSYS Workbench的结构计算采用几何（Geometry）→静态结构分析（Static Structural）→模态分析（Modal）的顺序。
在Geometry模块中得到合适的分析模型，Static Structural模塊里进行静态分析，Modal模块进行模态分析。
（一）静态结构分析结果此部分计算了在设定载荷下钢管杆所受等效应力（Equivalent stress）和等效弹性应变（Equivalent Elastic Strain）以及总形变量（TotalDeformation），结果如图20等效应力最大值为410MPa，位于杆身横担连接座的加劲板处;考虑到此处的建模存在过渡不圆滑，存在应力集中，实际情况下的应力应比计算值小。
基于ANSYS的压力钢管的应力变形分析及其壁厚选择毛有智【摘要】压力钢管作为水利水电工程中重要的输水建筑物之一,运行中需承受较高的水头.有必要对其进行应力、变形分析.压力钢管选材一般用高强度钢.而高强度钢一般价格昂贵,因此从节约实际工程造价的角度,又满足实际运行要求,需要对压力钢管壁厚慎重选择.用ANSYS分析了压力钢管应力、变形.使用得到的主应力结果,根据弹塑性力学强度理论公式计算不同壁厚钢管的应力值,可以优化壁厚,有重要的工程指导意义.【期刊名称】《贵州大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(030)002【总页数】4页(P111-114)【关键词】压力钢管;ANSYS;应力;位移;壁厚【作者】毛有智【作者单位】贵州水投水务有限责任公司,贵州贵阳550003【正文语种】中文【中图分类】TV314压力钢管［1-4］是一种水利水电工程中输水建筑物的组成部分，在承受一定的水压下，将水从水库、调压室、前池等位置，引入发电机，形成电能。
正因为压力钢管需承受较高的水压，故其钢材的选择以及实际工作时应力、变形分析就显得格外重要。
压力钢管是一种薄壳结构，如在设计、运行过程中稍有不当，则较容易产生事故。
用于水电站的钢材一般是高强度钢，能否在满足设计、运行的要求，尽量降低钢管壁厚，节约工程造价，也是应当关注的。
有限元作为一种区域型数值分析方法，已在水利水电工程中得到了普遍应用，比如用来分析重力坝［5］、闸室［6-7］、导流洞［8］、渗流［9］、基坑降水［10］等。
下面拟用通用性有限元商业软件ANSYS对压力钢管进行应力、变形分析，优化选择壁厚。
接下来，首先对ANSYS模拟过程中使用的壳单元及主要设置进行概述。
1 ANSYS单元类型的选择及主要设置模拟压力钢管，本文选用SHELL63单元。
因为SHELL63单元同时具有模拟弯曲和膜的能力，可以承受平面内荷载以及法向荷载。
单元的每个节点具有6个自由度:即，沿节点坐标系X、Y、Z方向的平动和转动。
基于ANSYS的钢箱梁腹-底板焊接残余应力分析孙文耀摘要：采用ANSYS的生死单元技术和热-应力耦合方法，通过生热率加载，模拟构件的焊接温度场及焊接残余应力场。
研究表明焊接残余应力（von Mises应力）最大值接近Q345q钢屈服应力，沿焊缝方向残余应力值最大，且底板上表面在应力最大值位置发生塑性变形。
关键词：热-应力耦合；残余应力；钢箱梁；温度场1引言针对焊接部位的温度场及残余应力场问题，目前大多研究[1-5]针对较为简单的对接焊缝进行，部分学者[6, 7]对角焊缝进行了研究。
钢箱梁桥腹板与底板间角焊缝位置受较大拉应力使其更容易发生破坏，因此本文采用ANSYS软件研究此焊接构造。
2焊接温度场有限元模拟分析2.1 有限元模型建立模拟的焊接构件整体尺寸选取为120 mm×128 mm×125 mm（X向×Y向×Z向）。
根据某实际桥梁结构选取各板件尺寸：腹板厚度为6.4 mm，翼缘板厚度为25 mm，腹板与翼缘板夹角70.7°，采用7 mm角焊缝。
表1给出了其随温度变化的热物理参数[8]及力学参数[9]。
图1 距焊接起始点64 mm截面残余应力分布从图1（a）中的残余应力分布可以看出，上表面表现为拉应力最大，在两侧焊缝位置呈现“双峰”凸起，在中点附近下凹表现为压应力。
第二道焊缝处残余拉应力最大，达到208 MPa，约为第一道焊缝处的1.73倍。
在远离焊缝位置各路径上应力都在5 MPa以下。
在底板内部，腹板位置下方，表现出压应力，最大值超过-100 MPa。
从图1（b）中的残余应力分布可以看出腹板位置表现出较大压应力，最大值达到了-189 MPa。
从图1（c）可以看出，对比另两个方向的残余应力，平行焊缝方向的应力最大，最大值达到392 MPa，超过材料屈服应力。
图1（d）中von Mises残余应力分布与平行焊缝方向残余应力分布较接近，表明平行焊缝方向残余应力为焊接残余应力的主要方向。
【ANSYS 算例】9.2(1) 三杆结构塑性卸载后的残余应力计算(GUI)三杆结构以及受力状况见图9-6，杆件的材料为冷轧钢，屈服极限为Y σ，有关的材料及几何参数如表9-1所示。
分析该结构在小于弹性极限的载荷151 961.5lb F =作用下的位移，以及在三杆全部进入塑性状态(281 961.5lb F =)并卸载后的残余应力。
为与文献结果进行比较，这里采用了英制单位。
(a) 三杆结构以及受力状况 (b)材料的行为图9-6 三杆结构的受力状况及材料行为表9-1模型的材料及几何参数 材料性能 几何参数 边界条件弹性模量 7310psi E =⨯ 屈服极限 30 000 psi Y σ= 21A in =，100l in = 030θ=151 961.5 lb F =281 961.5 lb F = 注：F1和 F2的值是通过理论分析进行反算得到的。
解答：采用2D 的计算模型，使用平面杆单元2-D Spar (or Truss) Elements (LINK1)，材料采用双线性弹塑性模型，进行加载以及卸载过程的分析。
建模的要点：⑴ 首先定义分析类型，并选择相应单元，输入材料的双线性弹塑性模型(包括弹性模量和屈服极限)；⑵ 生成对应节点以及单元；⑶ 定义位移边界条件，以及施加载荷；对于卸载，应施加零载荷(即施加叠加后的状态载荷)； ⑷ 在后处理中，用命令<*GET >来提取相应位置的计算分析结果。
最后将计算结果与参考文献所给出的解析结果进行比较，见表9-2。
表9-2 ANSYS 模型与文献解析结果的比较Reference 9.2(1)的结果 ANSYS 结果 两种结果之比 第4点处的垂直位移 F 1 / in－0.075 33 －0.075 34 1.000 中间杆单元的残余应力/ psi －5 650. －5 650 1.000Reference 9.2(1): Crandall S H, Dahl N C. An Introduction to the Mechanics of Solids. New York: McGraw-Hill Book Co., Inc., 1959, 234给出的基于图形界面的交互式操作(step by step)过程如下。
基于ANSYS的管道变形应力分析赵福兴* 周鹏飞钱英豪【摘要】摘要对某公司埋地管道受外部载荷作用发生变形这一问题，借助于ANSYS软件的应力分析功能，通过施加位移载荷求出管道变形后的应力分布，为管道的安全评价提供依据。
【期刊名称】化工装备技术【年(卷),期】2016(037)002【总页数】4【关键词】关键词管道应力分析变形位移有限元【文献来源】https:///academic-journal-cn_chemical-equipment-technology_thesis/0201247347038.html*赵福兴，男，1967年生，工程师。
苏州市，215031。
0 引言随着工业技术的发展，管道在供热、供煤气、给水、排水、农业灌溉、水力工程、各种工业装置以及长距离输送石油和天然气中的应用越来越广。
管道的安全与人民群众的生命和财产安全息息相关。
为了保障管道的安全，我国从管道的设计、制造、安装到使用，制订了一系列的标准。
但管道在安装及使用的过程中，往往会出现一些设计时未知的外部载荷的作用，使其发生变形。
如果管道变形相对较大，这时候就需要对管道的安全性进行评价，并以此来决定管道是否可以继续使用。
由于外部的载荷往往比较复杂，导致管道变形也很复杂。
因此，在管道的使用过程中如何对其发生的变形进行应力及安全性评价，成为亟待解决的问题。
本文对某公司埋地管道受外部载荷（堆土）作用发生变形这一问题，采用ANSYS软件对管道的变形进行数值模拟，以便了解管道的真实的应力分布情况，为管道的安全评估及预测提供依据。
1 ANSYS管道计算介绍ANSYS是融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元分析软件，其公司也是目前世界上CAE行业中最大的公司。
该软件具有完备的前处理功能、强大的求解器、方便的后处理功能以及多种实用的二次开发功能等，被广泛应用于航空航天、机械制造、土木工程等众多工业领域及科学研究中[1]。
通过ANSYS建立所求问题的模型，划分单元，求解有限个数值，就可以近似模拟真实环境的未知量。
基于ANSYS 的平板对焊的残余应力分析摘要：本文建立了薄板焊接有限元模型，采用高斯热源并利用ansys 软件对焊接过程做了模拟。
计算表明，焊接后的最大的残余应力分布在焊缝处，这为实际的焊接过程控制提供了一定的指导。
关键字：焊接，ansys ，模拟1、引言焊接结构一个很明显的特点是有较大的焊接应力和变形。
由于焊接生产中，绝大部分焊接方法都采用局部加热，所以不可避免地将产生焊接应力和变形。
焊接应力和变形不但可能引起热裂纹、冷裂纹、脆性断裂等工艺缺陷，而且在一定条件下将影响结构的承载能力，如强度，刚度和受压稳定性。
除此以外还将影响到结构的加工精度和尺寸稳定性。
以往，对焊接温度场、应力和变形的分析都是通过实验的方法测量并采集数据，进行定量的分析。
由于受实验各方面的限制，所得数据的精确度并不高而且浪费大量的人力、物力和时间。
虽然这类问题可通过解析方法，求解某些特定的微分方程组来进行定量计算，然而，只有在十分简单的情况下并且作许多简化的假设，才有可能求得这些方程闭和的解析解。
而实际的焊接问题多种多样，边界条件十分复杂，用解析方法来求解这类微分方程是十分困难的。
在高速电子计算机发展的今天，大多采用数值模拟的方法。
因此，在设计和施工时充分考虑焊接应力和变形这一特点是十分重要的。
可见，对焊接应力和变形进行计算和分析有很重要的现实意义。
本文针对低碳钢薄板焊接时，应用高斯分布热源模型，建立了三维薄板堆焊的温度场有限元数值分析模型，并以此为基础考虑了材料的非线性采用热弹塑性有限单元法，得到了薄板的焊接过程的瞬态温度场、瞬态热应力和残余应力。
2、焊接模拟相关理论2.1 非线性热传导分析的基本原理焊接是一个局部快速加热到高温，并随后快速冷却的过程。
随着热源的移动，整个焊件的温度随时间和空间急剧变化，材料的热物理性能也随温度剧烈变化，同时还存在熔化和相变时的潜热现象。
因此，焊接温度场分析属于典型的非线性瞬态热传导问题。
非线性瞬态热传导问题的控制方程为:Q zT z y T y x T x t T c +∂∂∂∂+∂∂∂∂+∂∂∂∂=∂∂)()()(λλλρ(1) 式中: c 为材料比热容;ρ为材料密度;λ为导热系数;T 为温度场分布函数; Q为内热源;t 为传热时间。
