復(fù)雜球面鋼管的有限元分析

2016-08-24 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

復(fù)雜球面鋼管的有限元分析

有限元分析網(wǎng)格劃分采用映射和自由、整體劃分和局部加密相結(jié)合的方法。鋼管幾何形狀規(guī)則,采用映射網(wǎng)格劃分,對(duì)球面采用自由分網(wǎng)。在受力復(fù)雜的球管相貫處,加密網(wǎng)格。加載時(shí),考慮節(jié)點(diǎn)的實(shí)際受力情況,半球底部視為固端,約束全部自由度,各鋼管均沿軸向加載。計(jì)算時(shí),考慮幾何和材料雙重非線性,并假定材料為理想彈塑性,服從 Von-Mises屈服準(zhǔn)則。采用 Newton-Raphson 增量迭代方法,輔助線性搜索技術(shù),應(yīng)用預(yù)測(cè)和自適應(yīng)下降等加速收斂技術(shù),以節(jié)點(diǎn)力平衡為收斂準(zhǔn)則。本研究在有限元建模和分析中,未考慮殘余應(yīng)力和節(jié)點(diǎn)區(qū)焊縫的影響。計(jì)算模型如圖所示。

在分析過程中,管上應(yīng)力呈彈性狀態(tài),由于是軸向加載,無偏心影響,管周應(yīng)力均勻分布,基本是軸向應(yīng)力,環(huán)向應(yīng)力很小,其中應(yīng)力最大點(diǎn)位于四號(hào)管與球的交接處。在檢驗(yàn)荷載作用下,四號(hào)錐管底部的應(yīng)力約為 230MPa,與試驗(yàn)值比較接近。從計(jì)算可知,錐管底部已經(jīng)達(dá)到屈服應(yīng)力。

球面受力狀態(tài)比較復(fù)雜,在檢驗(yàn)荷載作用下球面的等效應(yīng)力如圖所示。從圖可知,球管交界處(焊趾附近)應(yīng)力集中現(xiàn)象比較嚴(yán)重,在檢驗(yàn)荷載作用下,球面的最大應(yīng)力為322MPa,位于四號(hào)管與球面交接處內(nèi)側(cè),已大于規(guī)范規(guī)定的材料屈服強(qiáng)度,但是小于實(shí)測(cè)的材料屈服強(qiáng)度。另外,離錐管外表面的距離越遠(yuǎn),球面的徑向應(yīng)力迅速減小,且均為壓應(yīng)力,環(huán)向應(yīng)力很小,且由壓轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓚?yīng)力。

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