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