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(lián)網(wǎng)

復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合的方法。鋼管幾何形狀規(guī)則,采用映射網(wǎng)格劃分,對球面采用自由分網(wǎng)。在受力復雜的球管相貫處,加密網(wǎng)格。加載時,考慮節(jié)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(jié)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(jié)點區(qū)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(tài),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(huán)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(jīng)達到屈服應力。

球面受力狀態(tài)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(xiàn)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(nèi)側,已大于規(guī)范規(guī)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(huán)向應力很小,且由壓轉變?yōu)槔瓚Α?

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