ansys结课考核作业。
导弹发动机药柱承受温度和内压载荷数值模拟。
姓名：吕创能。
流水号：s2***
学号：s1***
专业：车辆工程。
日期：2014-5-20
导弹发动机药柱承受温度和内压载荷数值模拟。
问题描述：药柱的模型如下图，尺寸如图1所示，单位为mm，假设药柱总长1m。药柱在固化冷却到低温实验时，由于药柱的冷却收缩将使得药柱内部产生残余热应力；同时导弹工作时，药柱的星形内腔将承受压强载荷的作用，因此需要分析药柱在工作过程中的结构完整性，研究确定其受力薄弱的地方。
假设药柱为各向同性的弹性材料，设弹性模量为3.5e+6mpa,泊松比为0.499，热膨胀系数为0.
652e-6/℃。
图1最大圆的直径是386mm，星形内腔的圆半径是50mm，星形内腔的长度是238mm，星形内腔的宽是25mm，倒角都是半径为7.5的圆角。
第一部分：建立实体模型。
1、自底向上建立药柱模型。
由于药柱的模型在横向上的剖面都一样，所以可以采用先建立横向的平面模型再拉伸得到。平面模型根据对称性可以先建立模型的1/16，然后通过镜像和复制得到。
第一步：定义截面上的关键点。
gui操作：main menu>preprocessor>modeling>create>keypoints>in active cs,然后再弹出来的对话框中一次输入关键点1（0,0.193,0），关键点2（0,0.
119,0），关键点3（0,0.050,0），关键点4（0,0.0125,0.
119），关键点5（00125,0,0）。再转换激活的坐标系为柱坐标系，然后用同样的方法再创建关键点6（0.197,67.
5,0）,关键点7（0.050,67.5,0）,然后再回到笛卡尔坐标系。
创建的点，如图2
图2第二步：由关键点创建线。
gui操作：main menu>preprocessor>modeling>create>lines>lines>in active coord，然后再屏幕上分别单击关键点1和2，连成线1，依次将关键点2和4,4和5,6和7连成线。下一步是创建圆弧，可以采用笛卡尔坐标系中的创建圆弧的命令：
main menu>preprocessor>modeling>create>lines>arcs，这里可以采用在柱坐标系中创建线，即圆弧。因此将坐标系由笛卡尔坐标系转换成柱坐标系，然后依次连接关键点6和1、关键点3和7，然后再把坐标系还原为笛卡尔坐标系。然后执行下面的操作显示点和线的序号：
plotctrls>numbering。
图3下面需要将多余的线删除，以及部分地方创建圆角。这里不能使用之前学习的删除线的方法，那样会直接把整条线都删除掉，我们这里只需要删除一些线的部分，所以这里先做搭接处理，gui操作：main menu>preprocessor>modeling>operate>booleans>overlap>lines，分别选择线3和线6，单击ok，这时可以发现志气啊的线3和线6 经过搭接操作之后变成了线7，8，9，10，然后直接删除线7和9就得到想要的图形，如图4
图4接下来对线2和线8，以及线8和线10进行倒圆角的操作，gui操作：main menu>preprocessor>modeling>create>lines>line fillet。单击线2和8，在弹出的窗口中输入半径0.
0075，如图5所示。
图5用同样的操作对**8和线10之间倒一个同样半径的圆角，这样药柱的横截面的边界图形就形成了，如图6所示。
图6 倒角。
第三步：由线创建面。目前得到的图形仅仅只是由线构成的，需要对这些线进行生成面的操作，gui操作：
main menu>preprocessor>modeling>create>areas>arbitrary>by lines，在弹出的对话框中选中loop选项，再任意选择一条线，ansys将自动选择该线所在的一条封闭环，单击ok即生成了一个面，如图7所示。
图7 由线生成面。
第四步：由面创建体。该药柱可以通过横截面拉伸得到，这里是沿着z轴拉伸，所以拉伸的gui操作：
main menu>preprocessor>modeling>operate>extrude>areas>by xyz offset，在弹出的对话框中选择面1，单击ok，然后再在继续弹出的对话框中在第一排的三个格子中分别填上，表示在x，y轴方向偏移0，在z轴方向上偏移1，单击ok，即生成一个体。此药柱的1/16模型就生成了，如图8所示。
图8 拉伸成体。
第五步：生成全药柱模型。
这里首先做一个镜像操作，使这个1/16的模型变成1/8的模型，然后再做复制操作，得到一个完整的药柱模型。首先做镜像操作，gui操作：main menu>preprocessor>modeling>reflect>volumes，选择刚刚生成的1/16模型，单击ok，然后在弹出的对话框中将镜像面设置成y-z平面，然后单击ok，生成1/8模型，如图9所示。
然后再将生成的这两个体做复制操作，因为是沿着周向均布分成8个，所以需要重新转换为柱坐标系，再作复制操作。复制的gui操作：main menu>preprocessor>modeling>copy>volumes,选择图中的两个体，单击ok，然后在弹出来的对话框中设置，沿环向偏移45角均布8个，单击ok，最终生成了全药柱模型，如图10所示。
图9图10
第二部分：导弹发动机药柱模型网格划分。
首先设定单元属性，由于该问题是药柱受温度和内压载荷作用下的机构分析，所以这里采用比较简单的solid185单元，该单元是8节点且具有3个位移自由度的六面体单元。gui操作：main menu>preprocessor>element type>add/edit/delete,在弹出的对话框中如图11设置，单击ok，即添加了solid185单元。
图11 单元设置。
接下来设置材料属性，gui操作：main menu>preprocessor>material props>material model,在弹出的如图12的对话框中的地方设置材料的线弹性属性，在弹出的对话框中如图13设置药柱材料的线弹性参数。
图12 材料属性设置。
图13 线弹性材料参数输入。
其中ex代表弹性模量，prxy代表泊松比。除此之外还要设定材料的热膨胀系数，如图14，进入热膨胀系数设置，在弹出的图15中，将参考温度设为58度，热膨胀系数设为0.652e-4,单击ok完成材料属性设置。
图14 热膨胀系数设置。
图15 热膨胀系数输入。
由于该模型只有药柱一种材料，所以也只采用一种单元，接下来划分网格，这里为了便于计算，先把网格划分的粗一些，这里采用的是只能网格划分的方法划分网格。gui操作：main menu>preprocessor>meshing>mesh tool,如图16，在弹出的对话框中选中smartsize,默认的为6，程序会自动的设置一系列独立的控制值来生成想要的网格大小，初步划分出网格，如图17。
图16 smartsize设置。
图17 分网后的模型。
智能分网系统会根据模型的尺寸自己设置网格的大小，并在局部区域加密，所以智能程度较高，但是往往不好控制网格的分布大小，划分不出自己需要的网格。
第三部分：施加载荷。
药柱模型在受到温度载荷之外，在点火过程中承受的内压载荷。
第一步：设定分析类型，gui操作：main menu>preprocessor>loads>analysis type>new analysis,由于该问题是做瞬态分析，所以在弹出的对话框中选择transient。
第二步：施加约束条件，①首先施加外表面的位移约束，gui操作：main menu>solution>define loads>apply>structural>displacement>on areas,然后选择药柱外表面，在弹出的对话框中约束掉所有的位移。
如图18所示。
图18 外表面位移约束。
两端面位移约束。同上操作，将两端面的轴向位移（uz）约束掉。
对称面约束。gui操作：main menu>solution>define loads>apply>structural>displacement>symmetry >on areas,然后选择药柱的两个对称面，单击ok完成对称约束设置。
第三步：施加温度载荷。因为是多载荷步，所以施加完之后需要将该载荷步保存。
将该载荷步的约束时间设为1e-6,gui操作：main menu>solution>analysis type>sol’n control,弹出的对话框中在time at end of loadstep 项中输入1e-6，在number of substeps 项中输入1（表示只设定一个子步），如图19所示。
首先将温度的单位定义为摄氏温度，gui操作：main menu>professor>material props>temperature units,选择celsius，如图20所示。
温度载荷为体载荷，由于降温到-40℃，因此药柱会因为冷却收缩在药柱内部产生残余热应力。施加温度载荷的时候，我们首先需要制定参考温度（零应力温度），gui操作：main menu>solution>define loads>setting>reference temp,在弹出的对话框中输入参考温度58℃，如图21所示。
图19 求解控制。
图20 温度单位设置。
图21 参考温度输入。
施加温度体载荷的gui操作：main menu>solution>define loads>apply>structural>temperature>on volumes,在弹出的对话框中输入温度载荷为常数值-40℃，如图22所示，至此完成温度载荷施加的全部过程。
图22 温度载荷输入。
然后保存此载荷步。gui操作：main menu>professor>loads>load step opts>write ls file,在弹出的对话框中输入1，如图23所示，这是可以发现文件夹中多出了一个grain.
01文件，这个文件保存了这一载荷步的信息。
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