复杂球面钢管的有限元分析

2016-08-24  by:CAE仿真在线  来源:互联网

 有限元分析网格划分采用映射和自由、整体划分和局部加密相结合的方法。钢管几何形状规则,采用映射网格划分,对球面采用自由分网。在受力复杂的球管相贯处,加密网格。加载时,考虑节点的实际受力情况,半球底部视为固端,约束全部自由度,各钢管均沿轴向加载。计算时,考虑几何和材料双重非线性,并假定材料为理想弹塑性,服从 Von-Mises屈服准则。采用 Newton-Raphson 增量迭代方法,辅助线性搜索技术,应用预测和自适应下降等加速收敛技术,以节点力平衡为收敛准则。本研究在有限元建模和分析中,未考虑残余应力和节点区焊缝的影响。计算模型如图所示。

 在分析过程中,管上应力呈弹性状态,由于是轴向加载,无偏心影响,管周应力均匀分布,基本是轴向应力,环向应力很小,其中应力最大点位于四号管与球的交接处。在检验荷载作用下,四号锥管底部的应力约为 230MPa,与试验值比较接近。从计算可知,锥管底部已经达到屈服应力。

 球面受力状态比较复杂,在检验荷载作用下球面的等效应力如图所示。从图可知,球管交界处(焊趾附近)应力集中现象比较严重,在检验荷载作用下,球面的最大应力为322MPa,位于四号管与球面交接处内侧,已大于规范规定的材料屈服强度,但是小于实测的材料屈服强度。另外,离锥管外表面的距离越远,球面的径向应力迅速减小,且均为压应力,环向应力很小,且由压转变为拉应力。

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