復雜球面鋼管的有限元分析

2016-08-24  by:CAE仿真在線  來源:互聯網

 有限元分析網格劃分采用映射和自由、整體劃分和局部加密相結合的方法。鋼管幾何形狀規則,采用映射網格劃分,對球面采用自由分網。在受力復雜的球管相貫處,加密網格。加載時,考慮節點的實際受力情況,半球底部視為固端,約束全部自由度,各鋼管均沿軸向加載。計算時,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屈服準則。采用 Newton-Raphson 增量迭代方法,輔助線性搜索技術,應用預測和自適應下降等加速收斂技術,以節點力平衡為收斂準則。本研究在有限元建模和分析中,未考慮殘余應力和節點區焊縫的影響。計算模型如圖所示。

 在分析過程中,管上應力呈彈性狀態,由于是軸向加載,無偏心影響,管周應力均勻分布,基本是軸向應力,環向應力很小,其中應力最大點位于四號管與球的交接處。在檢驗荷載作用下,四號錐管底部的應力約為 230MPa,與試驗值比較接近。從計算可知,錐管底部已經達到屈服應力。

 球面受力狀態比較復雜,在檢驗荷載作用下球面的等效應力如圖所示。從圖可知,球管交界處(焊趾附近)應力集中現象比較嚴重,在檢驗荷載作用下,球面的最大應力為322MPa,位于四號管與球面交接處內側,已大于規范規定的材料屈服強度,但是小于實測的材料屈服強度。另外,離錐管外表面的距離越遠,球面的徑向應力迅速減小,且均為壓應力,環向應力很小,且由壓轉變為拉應力。

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