abaqus管道建模过程-2.0.doc

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（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，part2-1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.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）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 （注：专业文档是经验性极强的领域，无法思考和涵盖全面，素材和资料部分来自网络，供参考。可复制、编制，期待你的好评与关注）