CN113722851A - 一种钢骨架聚乙烯塑料复合管爆破压力的计算方法 - Google Patents

Abstract

一种钢骨架聚乙烯塑料复合管爆破压力的计算方法，涉及机械工程力学技术领域，包括模型建立，分析步建立，压力模拟，所述模型建立包括，确定仿真参数，建立三维有限元模型，装配模型；所述分析步建立包括，划分网格，设置爆破压力输出；所述压力模拟包括，施加压力模拟工况，提取爆破压力，该方法运用有限元仿真技术，通过对钢骨架聚乙烯塑料复合管进行三维建模，考虑PE层和经纬线的位置关系，根据实际承压环境，设置分析步，以模拟钢骨架聚乙烯塑料复合管爆破的过程，从而能够得到钢骨架聚乙烯塑料复合管的爆破压力，它具有便于操作、预测精度高和节能环保等特点。

Description

一种钢骨架聚乙烯塑料复合管爆破压力的计算方法

技术领域

本发明涉及机械工程力学技术领域，涉及一种爆破压力的计算方法，具体为钢骨架聚乙烯塑料复合管爆破压力的计算方法。

背景技术

钢骨架聚乙烯塑料复合管凭借其刚柔并济的力学特点被广泛应用于石油、化工、市政等领域。由于其结构的特殊性，并且为承压管道，主要输送一些易燃易爆物质，因此其承压能力决定着它的安全可靠性。目前研究钢骨架聚乙烯塑料复合管承压能力均采用工装打压试验的方式，即打水压爆破，此种方式效率较低且成本较高，对于大口径管材而言试验困难，因此迫切需要一种简单高效的爆破压力的提取方法，用于模拟和预测钢骨架聚乙烯塑料复合管的承压能力。

发明内容

本发明提出了一种钢骨架聚乙烯塑料复合管爆破压力的计算方法，具有便于操作、预测精度高等特点。

本发明的技术方案如下：

一种钢骨架聚乙烯塑料复合管爆破压力的计算方法，包括模型建立，分析步建立，压力模拟，其特征在于，

所述模型建立包括，确定仿真参数，建立三维有限元模型，装配模型；

所述分析步建立包括，划分网格，设置爆破压力输出；

所述压力模拟包括，施加压力模拟工况，提取爆破压力。

作为本方案的进一步优化，所述确定仿真参数步骤包括，

几何参数设置，包括设置PE管中PE层厚度，设置经线的条数和直径，设置纬线的螺距和直径。

材料参数设置，包括设置复合管中各材料的密度、弹性模量、泊松比和比热容；

作为本方案的进一步优化，所述建立三维有限元模型包括建立PE管三维有限元模型和经纬线三维有限元模型，

所述建立经纬线三维有限元模型包括，根据经线、纬线以及所设置的经线的条数和直径，纬线的螺距和直径建立经纬线三维有限元模型；

所述建立PE管三维有限元模型包括，根据PE层厚度，以及复合管中各材料的密度、弹性模量、泊松比和比热容建立PE管三维有限元模型。

作为本方案的进一步优化，根据所述PE管三维有限元模型和经纬线三维有限元模型，按照实际位置关系进行装配，调整PE管和经纬线的相对位置。

作为本方案的进一步优化，所述分析步建立具体包括，

设置压力参数，设置压力大小，压力变化速度，压力变化时间，模拟压力增大过程；

设置爆破压力输出，将压力参数整合，作为作用于复合管的压力输出。

作为本方案的进一步优化，所述划分网格步骤包括，对模型进行网格划分，钢骨架聚乙烯塑料复合管模型设置为六面体的网格，

对所述的PE管和经纬线的接触属性进行设置，选择嵌入式接触，保证PE管和经纬线之间存在力的传递。

作为本方案的进一步优化，所述模拟爆破步骤包括，

边界条件设置，设置钢骨架聚乙烯塑料复合管模型的边界条件，设置钢骨架塑料复合管两端固定；

在钢骨架聚乙烯塑料复合管内侧设置线性均布压强。

本发明的工作原理及有益效果为：

本方法基于ABAQUS软件支持，首先根据复合管实际尺寸参数建立复合管的三维有限元模型，包括PE层、经纬线；之后确定受力复合管的材料属性和边界条件；对复合管施加压力，设置压力为线性增大；待复合管屈服爆破后，统计压力即为复合管的爆破压力。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明的流程框图。

图2为具体实施例2的流程框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。

具体实施例1，

如说明书附图1所示，一种钢骨架聚乙烯塑料复合管爆破压力的计算方法，包括模型建立，分析步建立，压力模拟，所述模型建立包括，确定仿真参数，建立三维有限元模型，装配模型；所述分析步建立包括，设置压力参数，设置爆破压力输出；所述压力模拟包括，划分网格，爆破模拟，提取爆破压力。所述确定仿真参数步骤包括，底板设置，包括增加设置PE管、经线和纬线；几何参数设置，包括设置PE管中PE层厚度，设置经线的条数和直径，设置纬线的螺距和直径。材料参数设置，包括设置复合管中各材料的密度、弹性模量、泊松比和比热容；所述建立三维有限元模型包括建立PE管三维有限元模型和经纬线三维有限元模型，所述建立经纬线三维有限元模型包括，根据经线、纬线以及所设置的经线的条数和直径，纬线的螺距和直径建立经纬线三维有限元模型；所述建立PE管三维有限元模型包括，根据PE层厚度，以及复合管中各材料的密度、弹性模量、泊松比和比热容建立PE管三维有限元模型。根据所述PE管三维有限元模型和经纬线三维有限元模型，按照实际位置关系进行装配，调整PE管和经纬线的相对位置。

此过程为模型的建立，首先根据实际情况设置模型的坐标环境，即建立三维有限元模型，根据实际情况设置坐标系，可以是经纬度，也可也利用直角坐标系的坐标，由于复合管为圆柱状，极坐标系更适合模型的建立，由于用于模拟的复合管以钢材料为骨架，主体为PE层，因此需要对PE层的厚度，材质以及混合管中各个部分的材料，密度，弹性模量，泊松比和比热容等参数进行设置，以实现与真实钢塑复合管的吻合。并将钢塑复合管的三维模型与空间三维坐标进行结合嵌入，实现对混合管的模型的每一个点都可以进行表示，方便后期模拟。

所述分析步建立具体包括，所述设置压力参数包括，设置压力大小，压力变化速度，压力变化时间，模拟压力增大过程；所述设置爆破压力输出包括，模拟计算完成后输出管材破坏时的压力，作为复合管的爆破输出。

所述划分网格步骤包括，对模型进行网格划分，钢骨架聚乙烯塑料复合管模型设置为六面体的网格，对所述的PE管和经纬线的接触属性进行设置，选择嵌入式接触，保证PE管和经纬线之间存在力的传递。

本过程应用微分的原理，将PE管转化成微小单元，可以对每个小单元进行受力分析，包括所受外界压力，以及材料内部的作用力，当对单元完成分析后，再通过积分整合，可以准确得到复合管整体的受力分析。

所述模拟爆破步骤包括，边界条件设置，设置钢骨架聚乙烯塑料复合管模型的边界条件，设置钢骨架塑料复合管两端固定。

在进行爆破压力模拟时，需要固定复合管两端点以模拟管材无限长，待复合管屈服爆破后，对爆破压力数值进行输出并统计。

具体实施例2，

如说明书附图2所示，一种基于三维仿真分析的钢骨架聚乙烯塑料复合管的爆破压力的提取方法，该方法基于ABAQUS软件支持，包括以下步骤：

a.根据钢骨架聚乙烯塑料复合管的PE层的参数建立三维有限元模型，PE层参数包括：内径、外径、长度；

b.根据钢骨架聚乙烯塑料复合管的经线的参数建立三维有限元模型，经线的参数包括：直径、根数、长度；

c.根据钢骨架聚乙烯塑料复合管的纬线的参数建立三维有限元模型，纬线的参数包括：直径、螺距、长度；

d.根据钢骨架聚乙烯塑料复合管的材料特性，设置钢骨架聚乙烯塑料复合管的材料参数，所述材料参数包括钢骨架经纬线和聚乙烯的密度、弹性模量、泊松比；

e.根据所建立的PE层和经纬线的三维有限元模型，按照其在钢骨架聚乙烯塑料复合管中的实际位置关系进行装配，调整PE层和经纬线的相对位置关系；

f.建立分析步，用于模拟钢骨架聚乙烯塑料复合管随着压力爆破的过程，随爆破时刻压力进行输出设置；

g.对模型进行网格划分，PE层和经纬线均采用六面体为主的网格，网格尽量细化，以保证仿真效率和结果；

h.对PE层和经纬线的接触属性进行设置，采用嵌入式的接触设置，PE管和经纬线之间存在力的传递；

j.对钢骨架聚乙烯塑料复合管的边界条件进行设置，设置钢骨架聚乙烯塑料复合管两端固定；

h.在钢骨架聚乙烯塑料复合管内侧设置线性均布压强；

i.运行ABAQUS软件，提取钢骨架塑料复合管爆破时刻的压力，此压力即为钢骨架聚乙烯塑料复合管的爆破压力。

具体实施例3，

对具体实施例2的技术上进行参数的输入，

一种基于三维仿真分析的钢骨架聚乙烯塑料复合管的爆破压力的提取方法，该方法基于ABAQUS软件支持，包括以下步骤：

a.根据钢骨架聚乙烯塑料复合管的PE层的参数建立三维有限元模型，其中PE层的内径为400mm，外径为430mm，长度为1000mm；

b.根据钢骨架聚乙烯塑料复合管的经线的参数建立三维有限元模型，其中经线直径为3mm，108根，长度为1000mm；

c.根据钢骨架聚乙烯塑料复合管的纬线的参数建立三维有限元模型，其中纬线直径为4mm，螺距为14mm，长度为1000mm；

d.根据钢骨架聚乙烯塑料复合管的材料特性，设置钢骨架聚乙烯塑料复合管的材料参数，其中钢骨架经纬线的密度为1800kg/m3、弹性模量为210000MPa、泊松比为0.26，PE层的密度为970kg/m3、弹性模量为1002MPa、泊松比为0.45；

e.根据所建立的PE层和经纬线的三维有限元模型，按照其在钢骨架聚乙烯塑料复合管中的实际位置关系进行装配，调整PE层和经纬线的相对位置；

f.建立分析步，用于模拟钢骨架聚乙烯塑料复合管的爆破过程，对爆破压力进行输出设置；

g.对模型进行网格划分，PE层和经纬线均采用六面体网格；

h.对PE层和经纬线的接触属性进行设置，采用嵌入式的接触设置，保证PE管和经纬线之间存在力的传递；

i.对钢骨架聚乙烯塑料复合管进行边界条件的设置，设置模型两端固定；

j.在钢骨架聚乙烯塑料复合管内施加线性均布压强；

k.运行ABAQUS软件，计算完成后，提取钢骨架塑料复合管的爆破压力。

该方法运用有限元仿真技术，通过对钢骨架聚乙烯塑料复合管进行三维建模，考虑PE层和经纬线的位置关系，根据实际承压环境，设置分析步，以模拟钢骨架聚乙烯塑料复合管爆破的过程，从而能够得到钢骨架聚乙烯塑料复合管的爆破压力。它具有便于操作、预测精度高和节能环保等特点。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种钢骨架聚乙烯塑料复合管爆破压力的计算方法，包括模型建立，分析步建立，压力模拟，其特征在于，

所述模型建立包括，确定仿真参数，建立三维有限元模型，装配模型；

所述分析步建立包括，划分网格，设置爆破压力输出；

所述压力模拟包括，施加压力模拟工况，提取爆破压力。

2.根据权利要求1所述的一种钢骨架聚乙烯塑料复合管爆破压力的计算方法，其特征在于，所述确定仿真参数步骤包括，

几何参数设置，包括设置PE管中PE层厚度，设置经线的条数和直径，设置纬线的螺距和直径，

材料参数设置，包括设置复合管中各材料的密度、弹性模量、泊松比和比热容。

3.根据权利要求2所述的一种钢骨架聚乙烯塑料复合管爆破压力的计算方法，其特征在于，所述建立三维有限元模型包括建立PE管三维有限元模型和经纬线三维有限元模型，

所述建立经纬线三维有限元模型包括，根据经线、纬线以及所设置的经线的条数和直径，纬线的螺距和直径建立经纬线三维有限元模型；

所述建立PE管三维有限元模型包括，根据PE层厚度，以及复合管中各材料的密度、弹性模量、泊松比和比热容建立PE管三维有限元模型。

4.根据权利要求3所述的一种钢骨架聚乙烯塑料复合管爆破压力的计算方法，其特征在于，根据所述PE管三维有限元模型和经纬线三维有限元模型，按照实际位置关系进行装配，调整PE管和经纬线的相对位置。

5.根据权利要求1所述的一种钢骨架聚乙烯塑料复合管爆破压力的计算方法，其特征在于，所述分析步建立具体包括，

设置压力参数，设置压力大小，压力变化速度，压力变化时间，模拟压力增大过程；

设置爆破压力输出，将压力参数整合，作为作用于复合管的压力输出。

6.根据权利要求2所述的一种钢骨架聚乙烯塑料复合管爆破压力的计算方法，其特征在于，所述划分网格步骤包括，对模型进行网格划分，钢骨架聚乙烯塑料复合管模型设置为六面体的网格，

对所述的PE管和经纬线的接触属性进行设置，选择嵌入式接触，保证PE管和经纬线之间存在力的传递。

7.根据权利要求2所述的一种钢骨架聚乙烯塑料复合管爆破压力的计算方法，其特征在于，所述施加压力模拟工况步骤包括，

边界条件设置，设置钢骨架聚乙烯塑料复合管模型的边界条件，设置钢骨架塑料复合管两端固定；

在钢骨架聚乙烯塑料复合管内侧设置线性均布压强。

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