abaqus管道建模过程 20.docx
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abaqus管道建模过程20
一、建立ABAQUS有限元模型
〔一〕模型选择
针对海洋管道缺陷引起的局部压溃问题,本小组采用ABAQUS建立管道局部片腐蚀有限元模型,将局部片腐蚀段长度Lf、局部片过渡段长度Lg、片腐蚀深度Ls作为研究的缺陷影响参数,建立三维直管道模型。
模型正常管道外径取44.4mm,壁厚取1.659mm,施加压力为20mpa。
建模分析过程采用非线性弧长法〔Static,Riks〕,控制分析步中的增量步,以保证在之后的计算中,加载力的曲线能够下降并且管道能压溃。
〔二〕模型建立
1、建立管道剖面
〔1〕part模块建立正常管道剖面。
首先创建3D-shellplanar模块part-1〔图1〕,建立正常段管道1/4圆剖面。
具体是先画一个半径为0.0222的圆,向圆偏移一个管厚0.001659的距离形成管道径圆〔图2〕,并作辅助线〔图3〕切割出1/4圆〔图4〕,右如下图即为part-1剖面。
其中两条辅助线是圆心分别与点〔0,0.0222〕和点〔0.0222,0〕的交点。
图1.creatpart图2.绘制管道径圆
〔2〕part模块建立腐蚀管道剖面。
腐蚀管道剖面与正常管道剖面做法一样,同样创建一个3D-shellplanar模块part-2〔图5〕,在该模块下建立腐蚀段管道1/4圆剖面。
通过先画一个半径为0.022的圆,向圆偏移一个管厚0.001659的距离形成管道径圆〔图6〕,并作辅助线〔图7〕切割出1/4圆〔图8〕,右如下图即为part-2剖面。
由于腐蚀深度为0.0003,如此两条辅助线是圆心分别与点〔0,0.0219〕和点〔0.0222,0〕的交点。
图5.creatpart图6.绘制管道径圆
2、运用Assembly模块进展管道装配。
进入Assembly模块,我们先创建Instance〔图9〕,因为有四个截面需要装配,由刚刚设置的截面各选择两次得到part1-1,part1-2,part2-1,part2-2,其中part1-1和part1-2为正常管道截面,part2-1和part2-2为腐蚀管道截面。
我们研究的管道长20D,所以将part2-2向偏移5D,part1-1向偏移10D,part1-2向偏移20D〔图10〕。
再选择instance-merge/cut〔图11〕,进入merge/cut,选取所有对象,得到一个包含全部四个截面的part-3,即part-3中包含了整根管道的各个截面信息。
图11.merge/cut
3、part模块下放样,生成完整的1/4管道模型。
在part-3下,选择工具栏中放样工具〔图12〕,选中相邻两截面进展放样〔图13〕,得到一个长20D,含有正常情况和腐蚀情况的管道模型。
4、对模型进展刚性约束
〔1〕part模块建立刚性面。
由于我们建立模型时采用了管道的1/4作为模型,破坏了结构连续性,所以需要对其竖直和水平两侧壁进展刚性约束,使其在受载过程中发生的位移符合实际位移。
我们创建一个3D-analyticalrigid模块part-4〔图14〕,创建刚性面,控制壁接触。
具体是先画一条长度0.0222的线段〔图15〕,然后拉长到0.888,形成一个平面〔图16〕,该平面就是刚性面。
最后由菜单tools-referencepoint,选择RP作为参考点〔图17〕,用于移动刚性面和添加载荷。
图14.creatpart图15.长度0.0222的线段
〔2〕、在Assembly模块中将刚性面装配给part-3。
进入Assemble模块,将刚性面与part-3装配起来〔图18〕。
然后通过TranslateInstance命令移动刚性面与1/4管道截面恰好接触〔图19〕,得到一个带刚性面的1/4管道模型part-4。
5、property模块定义材料属性。
运用EXCEL表格中的数据,输入材料密度7850〔图20〕,输入氏模量0和泊松比0.3〔图21〕以与一系列应力-应变关系〔图22〕。
然后点击creatsection命令〔图23〕和editsectionassignment命令〔图24〕,最后选中单元对管道完成单元属性定义〔图25〕。
图22.定义材料属性
图23.creatsection图24.editsectionassignment
6、step模块定义分析方法。
进入step模块,选用Static,Riks弧长法。
Nlgeom选择on,即设置分析过程为几何非线性。
调整最大增量步〔Maximumnumberofincrements〕分析步数,调节好arclengthIncrement的大小,为保证在之后的计算中,加载力的曲线能够出现下降并且管道能压溃。
此处我们小组修改initial为0.02,修改maximum为0.1,完成step的定义。
图26.creat、editstep
7、interaction定义刚性面与管道壁的接触。
接下来需要定义刚性板和管道直接的接触形式,保证当管道发生受力变形时,最多压溃到刚性板以后就不再继续变形。
进入interaction模块,定义法向与切向接触,均为默认值〔图27〕。
随后定义刚性面与管道外表的接触形式为面—面接触,先选刚性面,得到brown和purple,选择brown。
再选管壁,选默认值,得到如图28。
图27.editcontactproperty图28.
8、mesh模块划分单元。
Object选择part首先定义种子〔seededges〕,先将结构用网格显示〔如图29〕,然后具体将网格分为径向,轴向,周向三类,径向网格用number来控制划分,轴向和周向的网格用size来控制划分图30。
图31的种子定义完成,最后点击meshpart命令得到图32。
图29.网格显示图30.localseeds
图31.定义种子
9、load模块施加约束和载荷。
对刚性面施加全固定约束〔图33〕。
对称面采用对称边界条件约束,两个径向面中与x轴垂直的采用图34所示条件的约束,与y轴垂直的采用图35所示条件的约束,腐蚀端的截面与z轴垂直因此采用图36所示条件的约束。
正常端的截面施加如图37所示约束。
最后点击creatload命令,施加载荷pressure大小为2e7〔如图38〕。
图33.图34.
图35.图36.
图37.图38.
二、PYTHON参数化处理
在建模完成,并得出初始Lg、Ls、Lf参数的分析结果后,将模型导出为参数化建模脚本文件〔py.文件〕,通过分别修改py.文件中的三种缺陷影响参数,可以进展管道局部压溃问题的参数敏感性分析。
其具体工作如下:
从ABAQUS工作目录中找到建模时产生的日志文件〔.rpy〕,修改后缀名为py后用电脑中的python2.7打开,除去session.viewports开头的变化视角的语句以与#:
开头的注释语句,剩下的即为在之前的CAE操作中的有效语句。
〔图39为局部语句〕。
下面将程序中的腐蚀深度,过渡段长度以与腐蚀段长度分别用字母Ls,Lg,Lf来表示,在程序语句的最前面对其进展赋值〔图40〕。
然后在程序语句中找到建模过程中出现的全部的腐蚀深度,过渡段长度以与腐蚀段长度参数,将其分别用Ls,Lg,Lf代替。
在修改模型的缺陷影响参数,对结构进展敏感性分析的过程中,可以直接通过修改程序前面的赋值语句,逐一改变缺陷影响参数,从而简化工作〔图41到图44〕。
图40.
图41
图42
图43
图44