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金属软管有限元分析模型的建立-郑州久安管道

金属软管有限元分析模型的建立

郑州久安管道2015-05-30 08:17:00994来自:http://www.yjbcq.com

金属软管有限元分析模型的建立

    金属软管结构作为管路中的重要连接和补偿元件,随着使用的日益广泛,越来越多设计人员以及研究者开始关注这一结构。但是在面对金属软管有限元分析模型时,想要建立真实的能够反映波纹管和钢丝网套之间全部力学行为的金属软管的有限元模型是非常困难的。因此,在考虑金属软管模型合理性以及计算时的收敛性等诸问题的基础上,尽可能地如实反映金属软管结构的主要力学特征的前提下,需要简化金属软管结构的有限元模型。在简化模型时,需遵守以下的原则:

  (1)在保证可以到达计算目的以及精度的基础上,控制单元数量,即在主要区域对结构和网格进行细化;

    (2)选择合理的单元类型,这样可以减少数据量和缩短计算时间。根据结构的几何特征,综合各因素的影响确定单元类型。不同类型的部件(如板和梁)考虑采用不同类型的单元模拟。

  根据模型简化原则及之前的调研工作,对补偿器结构的有限元模型做出了如下简化:波纹管以及左右两边的导管部分采用壳单元,网套采用梁单元(Beam189)模拟。金属软管的各个部分都认为是完好的连接在一起的,不考虑焊接等因素的影响。

  根据钢丝网套具体的结构参数,采用等效梁模型方法,来建立钢丝网套的有限元模型。从几何意义上来看,钢丝网套可以看作是一点绕波纹管的中心线作等速旋转,同时该点还绕波纹管的母线做等速移动的所形成的轨迹,因此其参数方程为:

  其中e为螺旋线上一点与圆心的连线与轴线之间的夹角,h为螺距。

  根据张程的工作,根据网套拉伸试验过程中网套的变形,选择三维空间梁单元BEAM189对钢丝网套进行有限元模拟,BEAM189单元有很多优点,如可以自定义截面形状、包含材料非线性和几何非线性功能等。因此使用BEAM189单元来模拟钢丝网套结构。

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