一种基于过盈装配的管道抗弯强度仿真分析方法技术

本发明专利技术涉及一种基于过盈装配的管道抗弯强度仿真分析方法，包括步骤S1、建立待处理管道有限元模型；步骤S2、赋予材料特性和截面属性，建立位移约束施加点；步骤S3、设置除弹性块与外管之间重叠区域之外所有接触关系，在弹性块上表面施加压力荷载，使得弹性块与外管之间重叠区域小于预设的重叠区域阈值，在外管一端施加固定约束，在位移约束施加点施加位移约束；步骤S4、设置弹性块与外管之间的接触关系，进行预压缩计算，消除弹性块上的压力荷载；步骤S5、控制内管一端的位移约束，获取管道抗弯强度。本发明专利技术能避免弹性块大变形过盈装配的管道抗弯强度仿真计算过程中有限元计算不收敛，提高了管道抗弯强度仿真分析的计算收敛性和计算效率。计算效率。计算效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于过盈装配的管道抗弯强度仿真分析方法


[0001]本专利技术涉及管道抗弯强度仿真分析
，尤其涉及一种基于过盈装配的管道抗弯强度仿真分析方法。

技术介绍

[0002]在管道装配体中为达到更好的固定效果，弹性块(例如橡胶块)往往采用过盈装配的方式进行安装，过盈装配的弹性块往往变形较大。有限元分析中，过盈装配前两个零件的网格是少量叠加在一起的，计算时可以实现自动预紧，自动预紧后重叠的网格分离，然而，当过盈量较大时，叠加在一起的网格量较多，自动预紧难以实现，导致有限元计算不收敛，因此无法准确快速地通过有限元计算来分析基于过盈装配的管道抗弯强度。由此可知，如何解决弹性块大变形过盈装配的管道抗弯强度仿真计算过程中有限元计算不收敛的问题，实现准确快速地分析弹性块大变形过盈装配的管道抗弯强度成为亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术目的在于，提供一种基于过盈装配的管道抗弯强度仿真分析方法，能够解决管道弯曲时，弹性块大变形过盈装配计算不收敛的技术问题，从而提高弹性块大变形过盈装配的管道抗弯强度仿真分析的计算收敛性和计算效率。
[0004]根据本专利技术第一方面，提供了一种基于过盈装配的管道抗弯强度仿真分析方法，包括：
[0005]步骤S1、根据管道结构建立待处理管道有限元模型，所述管道结构包括外管，内管，以及位于内管和外管连接位置之间的钢箍和弹性块，在所述管道结构进行过盈装配时，所述弹性块的形变量大于预设的形变阈值；
[0006]步骤S2、为所述待处理管道有限元模型赋予材料特性和截面属性，在内管一端建立位移约束施加点；
[0007]步骤S3、在预设的第一分析步，设置除弹性块与外管之间重叠区域之外所有接触关系，在弹性块上表面施加压力荷载，压力方向指向橡胶内侧，使得弹性块与外管之间重叠区域小于预设的重叠区域阈值，在外管一端施加固定约束，在所述位移约束施加点施加位移约束，6个自由度的位移量均为0；
[0008]步骤S4、在预设的第二分析步，设置弹性块与外管之间的接触关系，基于当前的弹性块与外管之间重叠区域进行预压缩计算，然后消除施加于弹性块上表面的压力荷载；
[0009]步骤S5、在预设的第三分析步，控制所述内管一端施加的位移约束，将内管一端沿垂直于内管轴向方向弯折至目标位位移，获取所述管道结构的抗弯强度。
[0010]本专利技术与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本专利技术提供的一种基于过盈装配的管道抗弯强度仿真分析方法可达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点：
[0011]本专利技术采用压缩荷载与弹性块接触关系在多个分析步中配合施加的方式解决管
道仿真中橡胶块大变形过盈装配有限元计算不收敛问题，从而提高弹性块大变形过盈装配的管道抗弯强度仿真分析的计算收敛性和计算效率。
[0012]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图,详细说明如下。
附图说明
[0013]图1为本专利技术实施例提供的基于过盈装配的管道抗弯强度仿真分析方法流程图；
[0014]图2为本专利技术实施例提供的管道结构示意图；
[0015]图3为本专利技术实施例提供的管道结构截面意图；
[0016]图4为本专利技术实施例提供的弹性块与外管重叠区域示意图；
[0017]图5为本专利技术实施例提供的弹性块上表面施加压力荷载示意图；
[0018]图6为本专利技术实施例提供的第一分析步中荷载与边界条件参数设置示意图；
[0019]图7为本专利技术实施例提供的第二分析步中压力荷载消除参数设置示意图；
[0020]图8为本专利技术实施例提供的第二分析步中最大分析步参数设置示意图；
[0021]图9为本专利技术实施例提供的第二分析步中质量缩放倍数参数设置示意图；
[0022]图10为本专利技术实施例提供的第三分析步中位移约束集中力荷载消除参数设置示意图。
具体实施方式
[0023]为更进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本专利技术提出的一种基于过盈装配的管道抗弯强度仿真分析方法的具体实施方式及其功效，详细说明如后。
[0024]本专利技术实施例提供了一种基于过盈装配的管道抗弯强度仿真分析方法，如图1所示，包括：
[0025]步骤S1、根据管道结构建立待处理管道有限元模型，所述管道结构包括外管，内管，以及位于内管和外管连接位置之间的钢箍和弹性块如图2和图3所示，在所述管道结构进行过盈装配时，所述弹性块的形变量大于预设的形变阈值；
[0026]其中，所述弹性块的形变量大于预设的形变阈值时，属于大变形过盈装配，直接采用现有的有限元计算会出现不收敛的问题。预设的形变阈值指的是允许计算收敛的形变阈值，作为示例，所述预设的形变量阈值可以设置为5％。作为一种实施例，管道结构可以为自锚管，弹性块可以为橡胶块。
[0027]作为一种实施例，所述步骤S1包括：
[0028]步骤S11、建立管道数字模型，所述弹性块处于未变形装配状态，所述弹性块和外管存在重叠区域；
[0029]其中，具体可使用Solidworks或UG等CAD建模软件建立管道数字模型。作为示例，所述管道数字模型与管道结构的尺寸相同。管道数字模型包括管道倒角、圆角等特征，此时，弹性块处于未变形装配，因此弹性块与外管有重叠区域，如图4所示。
[0030]步骤S12、将所述管道数字模型输出为预设的网格划分软件能够识别的第一目标
文件，将所述第一目标文件导入所述网格划分软件中进行面网格划分和体网格划分；
[0031]其中，若使用CAD软件建立所述管道数字模型，则第一目标文件可以为x_t文件。网格划分软件具体可以为Hypermesh。
[0032]作为一种示例，所述步骤S12中，在进行网格划分和体网格划分之前，还包括：
[0033]步骤S121、首先对管道数字模型上因建模生成的多余线条进行抑制，将狭长面、散碎面合并成为一个平滑曲面。
[0034]通过步骤S121可以减少因密集线条导致的低质量网格数量。
[0035]步骤S13、采用四面体网格对所述管道数字模型进行有限元划分，删除面网格，只保留体网格，生成所述待处理管道有限元模型。
[0036]其中，采用四面体网格对所述管道数字模型进行有限元划分，可以降低网格划分难度，提高网格质量。通过建立与实际管道结构特征完全一致的管道数字模型，并对其表面曲线进行优化处理，从而建立了高质量网格的待处理管道有限元模型。
[0037]步骤S2、为所述待处理管道有限元模型赋予材料特性和截面属性，在内管一端建立位移约束施加点；
[0038]其中，内管一端指的是管道结构中，内管结构裸露在外边的一端，即图2中的管道左端。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于过盈装配的管道抗弯强度仿真分析方法，其特征在于，包括：步骤S1、根据管道结构建立待处理管道有限元模型，所述管道结构包括外管，内管，以及位于内管和外管连接位置之间的钢箍和弹性块，在所述管道结构进行过盈装配时，所述弹性块的形变量大于预设的形变阈值；步骤S2、为所述待处理管道有限元模型赋予材料特性和截面属性，在内管一端建立位移约束施加点；步骤S3、在预设的第一分析步，设置除弹性块与外管之间重叠区域之外所有接触关系，在弹性块上表面施加压力荷载，压力方向指向橡胶内侧，使得弹性块与外管之间重叠区域小于预设的重叠区域阈值，在外管一端施加固定约束，在所述位移约束施加点施加位移约束，6个自由度的位移量均为0；步骤S4、在预设的第二分析步，设置弹性块与外管之间的接触关系，基于当前的弹性块与外管之间重叠区域进行预压缩计算，然后消除施加于弹性块上表面的压力荷载；步骤S5、在预设的第三分析步，控制所述内管一端施加的位移约束，将内管一端沿垂直于内管轴向方向弯折至目标位位移，获取所述管道结构的抗弯强度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述除弹性块与外管之间重叠区域之外所有接触关系包括：弹性块与钢箍之间的接触关系、弹性块与内管之间的接触关系、相邻两个弹性块的接触关系、钢箍与内管之间的接触关系、钢箍与外管之间的接触关系。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中，采用平稳步的方式控制弹性块上表面施加压力荷载，使得压...

【专利技术属性】
技术研发人员：张士岩，孙华文，孟祥飞，冯源，范晓文，
申请(专利权)人：天河超级计算淮海分中心，
类型：发明
国别省市：