abaqus管道建模过程

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1、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， 壁厚取，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。A-AU过渡段Lf腐饰段Ls腐蚀深度 D管道宜径（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partT

2、（图1），建立正常段管道1/4圆剖 面。具体是先画半径为的圆，向圆内偏移管厚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,）和点（,0）的交点。图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 3D-shell pla nar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的圆，向圆内偏移一个管厚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

3、为part-2剖面。由于腐蚀深度为，则两条 辅助线是圆心分别与点（0,）和点（，0）的交点。令匚reate PartXName-:園Modeling Space 3D O 2D Planar O A;isymmetricTypeOptions圖 OEformzsbleO Discrete rigidNone availableO Analytical rigidO EulerianShapeO 5 口1 idPlanar ShellExtirus-ionO WireRslutionSweepO PointApproximate size: 0,2Canti n ue.CancelBaie Fe

4、ature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Instanee （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，part2T, part2-2,其中partl-1和part1-2为正常管道截面，part2T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, partl-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，

5、得到一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。= Cre-ate- Instance-Cre-are instancs-s from: Paru O ModekI n s-tanc? Typ?邑 Dependent (mesh on prt Independent (mesh on inslance)DKApplynCancelNtK To chang? s Dependent initances mesh, ycu must edK its partis mcish. Auto-offwt from oth tr instances图 instanceX

6、图Merge/Cut InstancesNo-te： Thi& function will create a new part andaut&matically instance it into the sss-embly.Part name:Part-3Operations Me-rge Geometry O Mesh O BothO Cut geometryOptionsOriginal Instsnce-s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

7、有正常情况和腐蚀情况的管道模型。图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 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的线段（图15）,然后拉长到，形成一个平面 （图16），该平面就是刚性面。最后由菜单tools-referenee poi nt，选择RP 作为参考点（图17），用于移动刚性面和添加载荷。图16.长

8、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 Instanee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。Crease InsanreCireatE instances from: Parts O ModelsPartEInstance TypeS? Dependent (merah on pacrt)_)Independent (m亡卡h on instance)Note： To change 自 De

9、pendent instances me&h, y&u mu5 dit its parts nriesh.OKApplyCancelO Auto-offset from dher instances-图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0000 和泊松比（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 sectionassignment命令（图24），最后选中单元对管道 完成单元属性定义（图25）。0

10、：OKOKDensityElasticCancelDataElasticDensityGeneralMer hsnicsl TheirGeneral Mechanical Thermal Electrical/h11 2G61070000&0图20.定义材料属性图21.定义材料属性Edit MaterialNairne: Mate-ria 1-1DensityElasticDistribution: UniformUse t)eniperature-dependcUEErtmmpiEireftLiirEhdEipiEmdEnt d日t日INumb&r of field variahle!Num

11、ber of field varial&les:DataModuli time seale for viscoelasticity: Long-teiDes cri ption:Material Behaviors Edit hdateirialName: Materia 1-1Description:Materiial GehavioraTyne: I sotrapi cMats DensityI I No compressionJ Nd tensionYoungt ModuliifiRatioYie-ld Stres-sPlastic strain1j 28000000002294000W

12、00.009 &422433070000000.011854543200000000,015071S3310000000.013291 663420000000.02151 &373520000000.0247451S3510000000.0279751硏令 Create Secti o-nName:Category SolidO hellBea m _ Fluid O Oth erTypeHomogeneous图22.定义材料属性Generalized plane strainEulriariComposite Edit Section AssignmentXIRegio nRegion:

13、(Picked)Secti o nSection:Section-1Note： List contains only sections applicable to the selected regionsType:Solid, HomogeneousMaterial: Material-1Continue.CancelOKCancel图 24. edit section assignment图25.完成单元属性定义图 section6、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

14、 number of in creme nts)分析步 数，调节好arc le ngth In creme nt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，修改maximum 为，完成step的定义。Create StepXEdit StepName: Stap-1IName; Step-1Type; Static RiksI InitialProcedure type;General7Dyna mi ExplicitDynamic, Temp-disp, ExplicitGeostaticHeat transferM a diff

15、usionScikStatic, GeneralAIStstic, RilesInse-rt new s-tep afterContinue.CancelBasicInc ramenta tio-nDescription:Edit StepOther.O Otf rrhis. settinq controlsMlgem:|：0n= of large displacemer I I liKlude- adiabatic h-eating effectsStopping crileriaI I Maximum propo-rtionslity fsdiI I Mali mum displaceme

16、nt:INode Region:Name: Step-1Types Staticj R.ik&Basic Inc巳 m 巳 ntatio 门 OtheType: Automatic O FixedMaximuim number of increments: 100InitialMinimumMaximumArc length incirement 0.021E-0C6ojlEstimated total arc length: 1Note： Used only to compute the initial load proportionality factorCain 匸&lI OK |图、e

17、di t step7、in teraction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一面接触，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。* Edit CnUctTangential EtFnvicrFNediangal Thermal l-rtncalNormal IBhan口r*Pr60Fe-Dverclo&iJFe：sHard Cn

18、iactFGjnUrrrit ertforcemenl: mwhcd;DsAauK0 Alim* tepgiraboH jftpr ccmtartNorma EehsiorNfinie: kilPfDp-1Contact Property1 Oi图 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。=

19、Local SeedsMethodBiassizs None D Singlei ) By numberEasic Constraints图29.网格显示Sizirg ControlsApproximate element 5iz&: O.M32 叼 Curvature controlMaximum deviation factor (0.0 w(Approximate number of elemenlMinimum size factor (as a fractioi Use default (0.1) O Specii图31.定义种子图32.划分完成图图 seeds9、load模块施加约

20、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）。:Edit Boundary ConditionName; BC-1Type:Sy hi m etry/Anti ay m m etry/E nciitep:St&p-I (Static, Riks)Re-gion: pickedi ； Edit Eounda

21、iry ConditionNsme! EC-1Type:Sym m etry/A nti sym m eiry/E nc&tep; Step-1 (Stati c, Riks)Region: (Picked)C&YS: (Global) 怎 上0 XSYMM CU1 = UR = UR3 = 0)O Y&YMM U2 二 UR1 = UR3 二 0)O Z&YMM U3 = UR1 = UR2 = 0)0 XASYMM U2 = U3 = UR1 二 0； AbiO YA&VMM HI = U3 = UR2 = 0； AH0 ZA&YMM (U1 = U2 = UR3 = 0; Abf O P

22、INNED (U1 = U2 = U3 = -0J巨亍二URi IOK匚SS: CGlobal 怎 A SYMM (U1 = LR2 = U Rj=OjO YSYMM U2 = UR1 = UK3 = 0)O ZSYMM fU3 = UR1 = UR. = 0O XASYMM (U2 = U3 = UR1 二 0; AbO VA&YMM (U1 = U3 = UR2 = 0： AbO ZASYMM (U1 = U2 = UR.3 二 0； AbO PINNED U1 =U2 = U3 =0)O ENGASTRE (U1 = U2 = U3 = UR1图33.图34.（丽尿而uTuWi匸u西匚硏

23、2SVMM (U3 = UR1 = UR2 =班图35.CS&: (Global)怎 ADistribution:B U1：H曲fW$ Edrt LoadNameiLcwd-1Type:Pressureg叶(Starticj Riks)Region:(Picked；!Distribution! UniforrnMagnitude: 2词图36.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

24、目录中找到建模时产生的日志文件（.rpy）,修改后缀名为py后用电脑中的打开，除去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）。31a C1 l . i lC l & j *-OuO U J-CL-lijC-LiJ A.Cl i CLU.C上一a丄 丐? OuCC l u Z. rsF c = e oreame匸工* 言veiticea. 日 ain.enBion.9, e.coh日匸razncsa sj5 c cliCpci or.3 secValties (declrtialPlac e 3=3)5, sc t. Frlnij

25、ai riObj ect (optio n-3TA?n)AL-CNE aa CrcleByCenrer：PerJjaarer (ceacer-= ()nrr.dQSt1 se)su Pexpar-Gonarrai丄口匸(entlcl-=g ： r eEiciz2=g 5申 adlUndciScaLe=FaIse)5, Coinci dent C 口口 stxni 口 t len.tityl-v 3 * ;ntity2-ij 2 dddJndo3tia t c -Fal 5 r3 auGcTrUaCurve (aurvel=g 2 fs. auL 匚TujjnCuru巴(uu i：巴Ig % F

26、5 aiutcTrunCurve(cuivel-gIS H00121036134660244)s. auL匚T匸iznCuru匕(uuHMuIg 吗Fpcinr.l=C-Ou 02Da643325911293, 0.03624343655819377|i ) paintl- (-0.019533626口弓79二尸 0.00616104520307915 J sairtl-(-0.000613316093S7757erpaintl- (0.0035551539102663 弓一争百9口：30斗话_2口2五丄孕巴一05)p nib,models Mcdel-1 .Part (Rflcme-1 Fa

27、rt-1p, dinensionei 1 itTHREE_D, t SrPE=DEFDRMa3L_BCDYp = ntjUjamodls Melel-11 pares 1 Pai-匚一1? p, Ba-srShell (sketch-sF s un.9ecPrinsETCbieat (j p - radti-modals He 江Fl-d11 pares 1 Par匚一1“jsessi.口n_ j_=F口匸七且B Viewpz rt :1 1 . ss tVn 1 口巴= | displayeciCbj e 匚七p Jdel nuiti. models Mcn.el-1 sketches _p

28、rofile 1 si = njSb. mode Is del-1 - Cons 匚rains IStetcli (nanr.e = pre lie1 f she e 匚5ize=0 - 2)gr vF dr u s. gezmetiy, jsl . irerticea, si -dimensi口si _ canstmintisi. akecchOpt ions je tValuca (decimalPlflic-es-S)311 se G PrUEaXecc (Qptlcn=STA2DJLLG2iE ) 51, Ci r cl eBie ntr rE r rime ter (centr-r-

29、 (0.0 r 0.0 * pointl-(0.0222, 0.0)si i of f set di a tanae=0.0016 SS1 abjectList= (al 2 P ) r Bide=LEFT)31. Line(poincl-(D口222 口0) t poJ_nt2= (0 口 0)jsl. Hai:izanta 1 Canstrdint. | = ntitv-g 4 r eddUrid口StateFals-、sl FerpendiculflrCanstrainc (entj.cyl-ij2 r encLty-ffH * addUndaScaiteFalse) 国1 Lins (

30、pome 1=(0 o . f pomca= (0 o jD222-lb jsl. VerticaLU口口mt.raict (entity*g 5 r addUn日口号tateFh 1-e)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）

31、。from caaModules import *from driverUtila import executeOnCaeStaitup直程E=0 . 44扌菅 if 瘩蚀阜彥(9.OCLm-0.0OO5n)LS=D.UUJi#lil腐蚀皆去區(.LD-5D)匚士=E*D焉進过渡艮丄度(LE-3D)3=55图40.匕丄匸丄：1亡(poin.tl= (C? 、宅0 0 # poiLt.2 = (0 亠。 0222-Ls)图41sl.line(pointl=.：C.9, 0.022 2-Lsi , roinz.； =(3qrt-：C . 32 22*2-(C .32 22-Ls) *2) r 0.0222-Lb i，)图42atranslate(instancelit=(1Part-2-21f )f vectQr=(Q00r 一匸)图43a. tianslate (instan.ceLis匸=(1 F已工匸一1一1) f vectoi= fO f 0.0 f -Lf-Lj)图44