Шаг 5. Задание граничных условий

Заделать торец z=0 в направлении оси Z:

Preprocessor  Loads  Define Loads  Apply  Structural  Displacement  On Areas

На продольных сечениях фланца аналогичным образом задать условия симметрии (на сечении в плоскости x=0 закрепить по x, в плоскости y=0 — по y).

Приложить единичное давление от головок болтов (на кольце и двух полукольцах, лежащих в плоскости z=h₁+h₂):

Preprocessor  Loads  Define Loads  Apply  Structural  Pressure  On Areas

Больше никаких нагрузок задавать не надо, так как решается первая вспомогательная задача — без растягивающей нагрузки на трубе

Шаг 6. Решение задачи

Выполнить команду SAVE_DB, затем, как обычно, Solution  Solve  Current LS

Шаг 7. Анализ результатов

После того, как задача решена, необходимо визуально проанализировать напряженное состояние в прокладке. Для этого следует выделить один слой элементов (прилегающих к плоскости z=0) и изобразить на нем поле напряжения _z. На всей или почти всей поверхности z=0 напряжения должны быть отрицательными, то есть сжимающими.

Поскольку прокладка очень мягкая, ее деформации значительно превышают деформации фланца, и ANSYS может изобразить деформированную область со слишком сильным масштабированием. Изменить масштаб перемещений можно командой Utility Menu  PlotCtrls  Scale  Displacement Scaling.

Построить и сохранить график изменения напряжения _z вдоль прямой y = z = 0. Перед заданием пути целесообразно выделить узлы, лежащие в плоскости z=0. Выделение узлов осуществляется командой

Utility Menu  Select  Entities, Nodes, By Num/Pick, OK, выбрать флажок “Box”, обвести в рамку узлы в плоскости z=0 (надо использовать, например, вид модели справа)

После того, как график построен и сохранен, можно приступать к решению второй вспомогательной задачи. Перед тем, как к ней перейти, следует выделить все объекты:

Utility Menu  Select  Everything

Шаг 8. Решение второй и третьей задач

Во второй вспомогательной задаче давление болтов удаляется

(Preprocessor  Loads  Define Loads  Delete  Structural  Pressure  On Areas), а вместо него к торцу трубы прикладывается отрицательно давление –P (растягивающая нагрузка). Эту задачу необходимо решить и построить график изменения напряжения _z вдоль прямой y = z = 0, аналогичный построенному в первой задаче

После того, как это будет проделано, необходимо, анализируя два полученных графика, найти по возможности наименьшее давление болтов P_B, способное обеспечить нераскрытие фланца.

Для проверки следует решить третью задачу — с растягивающей нагрузкой –P и давлением болтов P_B и построить в ней тот же самый график (_z вдоль прямой y = z = 0). Этот график должен быть в отчете.

Параметры задачи

Табл. 5.1. Коэффициент Пуассона для прокладки в задаче о фланце

Вариант	1	2	3	4	5	6
Значение	0.4	0.42	0.44	0.46	0.48	0.49

Другие параметры:

Сталь: Е = 210¹¹ Па,  = 0.3; Прокладка: Е = 210⁸ Па,  см. в таблице

R₁=1.3 м, R₂=1.5 м, R₃=2 м, R=2.5 м, r₁=0.2 м, r₂=0.3 м, h₁=0.1 м, h₂=0.2 м, H=5 м

Нагрузка: P=10⁷ Па.