文档介绍：2004 ANSYS 中国用户论文集
非轴对称载荷下轴对称问题的有限元分析
钟斌罗双庆
马钢股份有限公司技术中心, 243003
[ 摘要] 应用有限元分析软件 ANSYS 进行了一非轴对称载荷下轴对称结构的二维和三维有限元
模拟,并对二维和三维分析结果进行了比较,表明二维方法在模拟非轴对称载荷下的轴对称
问题时效果更好。
[ 关键词] 非轴对称载荷;轴对称结构;傅立叶级数;ANSYS;有限单元法
Finite Element Analysis of Axisymmetric Structure with
Non-axisymmetric Loads
Zhong Bin Luo Shuangqing
Technology Center of Ma’anshan Iron & Steel Co. Ltd. ,243003
[ Abstract ] 2-D and 3-D finite element simulations of an axisymmetric structure with
non-axisymmetric loads was done with the help of finite element analysis software ANSYS
(Ver ). It is shown parison and analysis that 2-D analysis method is more
effective in solving axisymmetric problem with non-axisymmetric loads.
[ Keyword ] Non-axisymmetric load, Axisymmetric structure, Fourier series, ANSYS, Finite element
method
1 前言
非轴对称载荷下的轴对称问题是指这样一类问题,即分析对象的几何形状、材料性质
和约束条件对称于某一轴,但载荷不是轴对称的[1]。其有限元分析方法有两种:一种是三维
方法,即对整个轴对称结构进行三维建模,划分网格,加载求解;另一种为准二维方法,即
将载荷沿周向展开为傅立叶级数,在子午面内进行有限元离散,利用正交性,将三维问题转
变为一系列旋转子午面上二维问题的叠加。本文利用 ANSYS 软件的 APDL 参数化设计语言,
分别编制了一轴对称结构在非轴对称载荷作用下的三维和二维有限元分析程序,并对这两种
分析方法进行了对比分析。
2 模型简介
2004 ANSYS 中国用户论文集
模型径向截面尺寸(单位:mm)如图 1 所示,该模型在外径面沿周向-6°~6°范围内
承受 10MPa 的压力,约束内径面所有方向的自由度,弹性模量为 ×1011Pa、泊松比为。

图 1 径向截面模型
3 二维分析
用 ANSYS 单元库中的 PLANE25 单元对二维模型进行映射网格划分,该单元为二维四
节点谐波单元,可用于非轴对称载荷下轴对称问题的分析,共生成 560 个单元、668 个节点。
上述载荷沿周向的分布可表示为:
 0 −π≤θ< −π 30