1、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-shell planar模块part-1
2、(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,向圆内偏移一个管厚0.001659的距离形成管道内径圆(图2),并作辅助线(图3)切割出1/4圆(图4),右下图即为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.creat part 图2. 绘制管道内径圆 图3.作辅助线 图4.正常管道剖面(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相同,同样创建一个3D-shell planar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,向圆内偏移一
3、个管厚0.001659的距离形成管道内径圆(图6),并作辅助线(图7)切割出1/4圆(图8),右下图即为part-2剖面。由于腐蚀深度为0.0003,则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. creat part 图6. 绘制管道内径圆 图7.作辅助线 图8.腐蚀管道剖面2、运用Assembly模块进行管道装配。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-
4、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向内偏移5D,part1-1向内偏移10D,part1-2向内偏移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9.creat instance 图10.part3图11. merge/cut3、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),选中相邻两截面进行放样(图13),得到一个长20D,含有正常情况和腐蚀情况的管
5、道模型。图12.edit solid loft 图13.放样完成模型4、对模型进行刚性约束(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内壁进行刚性约束,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,控制内壁接触。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-reference point,选择RP作为参考点(图17),用于移动刚性面和添加载荷。图14.
6、creat part 图15. 长度0.0222的线段 图16. 长0.888平面 图17. RP作为参考点(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Translate Instance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。图18.creat instance 图19. 带刚性面的1/4管道模型part-45、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),输入杨氏模量206107000000和泊松
7、比0.3(图21)以及一系列应力-应变关系(图22)。然后点击creat section命令(图23)和edit section assignment命令(图24),最后选中单元对管道完成单元属性定义(图25)。图20. 定义材料属性 图21.定义材料属性图22. 定义材料属性图23.creat section 图24. edit section assignment图25. 完成单元属性定义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(Maximum number of increments
8、)分析步数,调节好arc length Increment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、edit step7、interaction定义刚性面与管道内壁的接触。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内表面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
9、壁,选默认值,得到如图28。图27.edit contact property 图28.8、mesh模块划分单元。Object选择part首先定义种子(seed edges),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mesh part命令得到图32。图29. 网格显示 图30.local seeds 图31. 定义种子 图32.划分完成图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
10、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creat load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,可以进行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
11、用电脑中的python2.7打开,除去session.viewports开头的变化视角的语句以及#: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为部分语句)。图39. 部分语句下面将程序中的腐蚀深度,过渡段长度以及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行赋值(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,过渡段长度以及腐蚀段长度参数,将其分别用Ls,Lg,Lf代替。在修改模型的缺陷影响参数,对结构进行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
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