压力容器设计里面液体充装的总高度称为液柱总高度,此液柱产生的压力就是液柱静压力,在很多时候液柱静压力对压力容器强度产生的影响不容忽视:
GB/T150中规定当液柱静压力小于设计压力的5%时,可忽略不计;JB4732中规定当液柱静压力小于设计压力的6%时,可忽略不计;此处忽略不计是指对压力容器整体强度的影响可忽略不计,但对局部受压件的强度校核计及液柱静压力的时候校核更为准确(如大开孔补强的计算)。
那么在Ansysworkbench中如何进行液柱静压力的施加呢?现以一简单模型为例给大家分享以下三种方法,仅供参考:
Awb中自带的Hydrostatic Pressure功能
Hydrostatic Pressure功能是Awb种自带的专门用于施加液柱静压力的方法,其施加方法比较简便直观,如下图:从接管端部到筒体端部充满液体,根据液柱静压力与液柱高度成正比的关系,则在接管端部液柱静压力为0,在筒体端部的液柱静压力最大为ρgh。
那么如何使得在接管端部的静压力为0呢:需要在接管端部以全局坐标系为基准建立一个新的局部笛卡尔坐标系,然后将液柱静压力施加在整个模型的所有内表面上并选择以新建立的局部坐标系为基准,这样就实现了在z=0的表面(即接管端面)的液柱静压力为0,而沿着Z轴正方向的液柱静压力则为ρgh。
液柱静压力函数施加法(利用Pressure中的Function功能)
此方法的原理与Hydrostatic Pressure方法相同,Hydrostatic Pressure方法是软件中自带的功能,相当于软件中已默认了函数ρgh的算法,不需要我们自定义,而此方法需要多增加一步操作,需要我们自定义一个函数ρgh,如下图中的Magnitude=0.0098*z,同样我们也需在接管端面建立一个局部笛卡尔坐标系,并以此坐标系为基准进行液柱静压力的计算。
液柱静压力列表施加法(利用利用Pressure中的Tabular功能)
此方法是一种最笨拙傻瓜的方法,需要我们自己将在各坐标下的液柱静压力计算出来并输入到表格中,如下图所示,且输入的液柱静压力值越多,则精度越高,需要很大的工作量,但是还好我们有excel表格,可在excel表格中将连续间隔坐标下的液柱静压力以自定义函数的方法计算出来,并将excel表格中的数据导入到Awb中,但好像也是多次一举,笔者列举此方法的目的是给大家介绍一下Tabular的功能,强烈建议大家不要采用此法进行液柱静压力的施加。
通过上述三种方法的比较,在液柱静压力的施加上其实原理是一样的,只是需要灵活把握。第一种方法只能用于液柱静压力的施加,第二种和第三种方法不仅仅能用于液柱静压力的施加,还可用于其他载荷的施加,函数Fuction的方法是最灵活的,对于载荷与坐标呈某一种函数关系的载荷施加,非Fuction功能莫属了!
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