基于Python和Abaqus的波纹管力学性能分析软件开发

图 "$常规计算模块 -4,界面
$$该模块界面中" 圆形波纹管等的按钮& 文 字& 输入框& 公式边框和公式备注分别是通过 5>UR>\ 中创建的普通按钮控件& 静态文本控件& 可编辑文本控件& 面板控件和列表框控件实现 的% 打开文件夹中已有的 gRWg文件" 在 gRWg文件 中输入周向应力系数和波距等参数" 参数输入如 图 # 所示% 参数的输入功能是通过创建一个 gRWg 文件" 将参数作为变量记录在 gRWg文件中" 调用 Y文件中的 _/+/igRWTE>I! $ 函数实现% 点击界 面正上方圆形波纹管按钮" 界面中的公式经过运 算就会在空白框内出现结果% 计算功能是在圆形 波纹管按钮上绑定回调函数 O>RR\>QZ! $ " 通过调 用公 式 计 算 的 Y 文 件 实 现" 计 算 结 果 如 图 ( 所示%
,(-
玉泰等人
利用
bNUBM7
语言开发了
/\>=;W的
前& 后处 理 插 件" 分 别 用 于 批 量 处 理 和 绘 制
O>YX\ERR图" 避免了人为计算的错误" 同时也提
高了使 用 效 率" 但 功 能 相 对 单 一% 崔 东 岳 等
,.-
人
应用
/7WNW和
a6W;>ROjj语言研发了波纹管
在数值计算方面首屈一指" 可以弥补 /\>=;W在
计算速度上的不足%
因此" 针对以上存在的问题" 本文探讨结合
bNUBM7 语言和 /\>=;W软件" 研发一款金属波纹
管力学性能分析软件" 实现在 5>UR>\ 上常规公
式快速计算检验以及在 /\>=;W上的参数化建模
和自动提取数据等功能% 其优势在于校验公式较
关键词 波纹管# 力学性能分析# bNUBM7# /\>=;W 中图分类号 +G!#!$$文献标志码 /$$文章编号 !''! 0!)12"'"#'. 0''&& 0'*
!-7-/&4*-',&(1 #&(,61)-(&)1'1/0I"'+ ,.-*-$.1'"$1/4)&4-),"-#&( 9-//&6#91#-2&'A0,.&'1'28913%#
该平台整体相对复杂" 对用户不是很友好% 李慧
,&-
芳等人
利用
aL语言和
/7WNW软件开发了一款
波纹管设计软件" 能对波纹管各种应力进行快速
计算校验" 提高了计算效率" 保证了结果的准
Hale Waihona Puke 确%,*-赵禹丞
用
aL语言研发了波纹管膨胀节软
件" 实现了计算机智能选取不同波纹管的设计标
准" 并进行应力& 寿命等公式计算和校验" 大大
为了保证结果的准确性" 把理论计算在计算
速度方面的优势和有限元在模拟复杂工况方面的 优势结合起来" 将软件设计为包含两个模块" 常 规计算模块和有限元应力分析计算模块" 软件主 要结构与功能如图 ! 所示%
图 !$软件结构与功能图 Copyright©博看网. All Rights Reserved.
89#,)1$,( +M6YXTMVEUBE>QQ;T>QNMSQ>RQ;R>U678YEQB>76Q>RXETSMTY>7QEMS\ERRM[W" TEI;QEETTMTW" >7I 6YXTMVEUBEESS6Q6E7QNMSQ>RQ;R>U678\ERRM[WV>T6M;WWUTEWWEW" >YEQB>76Q>RXETSMTY>7QE>7>RNW6WWMSU[>TESMT ;7TE67SMTQEI 49WB>XEI \ERRM[W6WIEVERMXEI ;W678bNUBM7 >7I /\>=;W%+BEWMSU[>TEQ>7 MXE7 5>UR>\ UBTM;8B >7 67UETS>QEUMTE>R6]EQM7VE7U6M7>RSMTY;R>Q>RQ;R>U6M7WSMTV>T6M;WWUTEWWEW67 \ERRM[W%+BTM;8B UBE\;6RU967 WEQM7I>TNIEVERMXYE7U67UETS>QEMS/\>=;WWMSU[>TE" >\;6RU967 XR;867WXTM8T>Y6WQTE>UEI" >QB6EV678S;7QU6M7W W;QB >WX>T>YEUET6]EI YMIER678>7I >;UMY>U6QEgUT>QU6M7 I>U>%+BEWMSU[>TE" VET6S6Q>U6M7 SMTY;R>6WQMYXREUE >7I UBE67UETS>QE6WST6E7IRN" ESSEQU6VERN>VM6I678V>T6M;WETTMTWI;T678Y>7;>RQ>RQ;R>U6M7" \EW6IEW" 6UQ>7 W>VE U6YE>7I E7W;TEUBETER6>\6R6UN>7I >QQ;T>QNMSUBETEW;RUW% ;-06&)2#( \ERRM[W# YEQB>76Q>RXTMXETU6EW# bNUBM7# /\>=;W
,!'-
编写脚本
%
/\>=;W软件还为有二次开发需求
的用户提供了
bNUBM7
,!!
语言接口
0!"-
"
向二次开
发者提供了很多库函数% 通过 bNUBM7 语言调用
这些库函数可直接操纵 /\>=;W内核" 实现建模&
划分网格& 指定材料属性& 提交作业& 后处理分
析等功能% 5>UR>\ 软件作为三大计算软件之一"
载荷工况和位移载荷工况下的应力值并进行对 比" 内压工况载荷和位移工况载荷示意分别见图 & 和图 *% 在内压载荷工况下" 波纹管内施加压 力" 两端施加轴向约束# 在位移载荷工况下" 波 纹管端施加轴向约束" 另一端施加位移载荷% 该 模块主要是利用 bNUBM7 语言" 通过 /\>=;WeO/P 用户 界 面 自 带 的 开 发 工 具 DA-对 话 框 构 造 器 ! DA-I6>RM8\;6RIET$ 创建 -4,插件程序实现的% DA-对 话 框 可 以 绕 过 /\>=;WeO/P手 动 建 模 界 面" 仅通过脚本操纵软件内核" 从而完成快速建
'$前言
金属波纹管作为一种重要的柔性连接和弹性 补偿元件" 凭借其良好的结构和性能" 广泛应用
收稿日期 "'"# 0'* 0!.# 修订日期 "'"# 0') 0'! 基金项目 陕西省教育厅科研计划项目!"'KO'")$ # 陕西省高性
能精确成形技术与装备重点实验室项目! b?+P9"'"'9 J?9'"$ # 西 安 石 油 大 学 研 究 生 创 新 与 实 践 项 目 ! COA""!!"'1)$ 作者简介 秦晓晨!!))) 0$ " 男" 硕士研究生" 主要研究方向( 管材力学性能% 通信作者 刘$静!!)*# 0$ " 女" 工学博士" 西安石油大学副 教授" 硕士研究生导师" 研究方向( 管材精确塑性 成形%
参数化建模与数值分析平台" 简化了建模过程"
提高 了 效 率 和 计 算 精 度%
,1-
车艳亮等人 借助
a6W;>ROjj可视化编程语言" 通过接口连接 4-&
5AO^5>TQ和 /7WNW构建了波纹管虚拟设计平台"
实现了参数化建模和分析" 提高了效率" 降低了
成本" 通过实验对比证明了结果的真实性% 然而
图 1$应力线性化处理输出 +2+
图 .$有限元应力计算分析模块界面
$$结构或设备的有限元应力计算分析过程整体 包括几何模型建立& 网格模型建立& 边界条件加 载& 求解和结果提取等步骤% 由于圆形波纹管结 构和载荷都关于中心轴对称" 因此建模时先通过 建立一条包含波峰波谷的路径线来进行建模" 建 模完成后网格由程序自动划分% 分别计算在压力
3,@26>M9QBE7" <,4K678" GPK67" <,<>79N;7
! 26' >7 JEN<>\MT>UMTNMSG68B bETSMTY>7QEH6R>7I ->W?6ERI 5>UET6>RW" AQBMMRMS5>UET6>RWAQ6E7QE>7I P7867EET678" 26' >7 AB6NM; 476VETW6UN" 26' >7 &!''1." OB67>$
+&*+
重 型 机 械$$ $$$$$$$$$$$$$$$$"'"# :&^.
简化了求解特定岩土边坡工程问题的复杂操作"
降低了操作难度%
,#-
董明军等人
利用
bNUBM7
语
言对 /\>=;W进行二次开发" 实现了对变刚度层
合板的快速建模& 自动提交分析等功能" 为后续
的变刚度层合板屈曲仿真提供了借鉴的思路% 田
端环& 立板& 铰链板& 销轴& 万向环和端板 1 个 部分的计算% 有限元应力分析计算模块有施加内 压和施加轴向位移两种工况% 在两种工况下" 前
处理和后处理分别实现参数化建模和数据提取两 个功能%
"$功能实现
"^!$常规计算模块
常规计算模块实现的是波纹管各类应力公式 计算% 以计算圆形波纹管压力引起的直边段波纹 管周向薄膜应力为例" 首先" 打开常规计算模块 -4,界面" 如图 " 所示%
为齐全" 界面友好" 避免了人工计算在庞大的计
算过程和繁琐的建模过程中出现错误" 保证了计
算结果的准确" 大大提高了计算的效率%
!$软件整体架构
目前" 研究者多采用理论计算或有限元模拟 分析波纹管力学性能" 在理论公式计算时往往会 做一定的简化处理" 在复杂工况下计算结果会产 生偏差" 而有限元计算可以模拟波纹管真实的工 况环境%
"'"# :&^.$$$$$$$$$$$$$$$ $$$重 型 机 械
+&)+
$$常规计算模块负责理论公式的计算和检验" 有限元应力分析模块负责模拟复杂工况" 二者互 为补充% 常规计算模块全部公式共有 !!& 个" 来 源于 -Le+!"&&& 0"''* 相关公式% 常规计算模 块主要包括对圆形波纹管& 矩形波纹管和结构件 三个部分公式的计算% 其中" 圆形波纹管包含无 加强 4形压力应力& 加强 4形应力& * 形压力 应力& 外压周向稳定性& 扭矩& 膨胀节位移及其 作用力& 膨胀节整体弹性刚度及压力推力和膨胀 节自振频率 * 个部分的计算" 矩形波纹管包含压 力应力& 膨胀节位移及其刚度和膨胀节整体弹性 刚度及压力推力 # 个部分的计算" 而结构件包含
"'"# :&^.$$$$$$$$$$$$$$$ $$$重 型 机 械
+&&+
基于 bNUBM7 和 /\>=;W的波纹管力学性能
分析软件开发
秦晓晨 刘$静 何$进 李兰云
! 西安石油大学 材料科学与工程学院 西安市高性能油气田材料重点实验室" 陕西 西安 &!''1.$
摘$要 为提高波纹管力学性能计算结果的准确度" 减少误差" 提高波纹管应力计算效率" 利用 bNUBM7 语言和 /\>=;W软件研发一款应用于无加强 4形波纹管的力学性能分析软件% 该软件可以通过 接口打开 5>UR>\ 实现对波纹管的各类应力的常规公式计算# 通过 /\>=;W软件自带的二次开发接口" 创建内置插件程序" 实现了参数化建模和自动提取数据等功能% 校验公式齐全" 界面友好" 有效避免 了人工计算过程中出现各种错误" 节约时间" 保证了结果的可靠性和准确性%
/\>=;W等数值 模 拟 软 件 也 可 以 模 拟 出 波 纹 管 各
种工况" 保证最终结果符合实际% 将编程软件和
数值模拟软件结合起来" 利用计算机软件自动处
理数据" 是一种常见且有效的方式% 吴子牛等
,"-
人
用
Or语言对
/\>=;W进行了二次开发"
大大
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加快了波纹管膨胀节的设计研发进度% 然而该软
件所做的公式计算校验只能校验一部分应力" 存
在数据库公式相对较少的问题%
/\>=;W作为一款通用的模拟软件" 其本身
功能十分强大" 解决问题的范围从相对简单的线
,)-
性分析到许多复杂的非线性问题
%
bNUBM7 语言
简洁明了" 应用广泛" 还允许使用者在许多平台
在石油& 航空航天等领域,!- % 波纹管应力计算
的准确性直接影响波纹管的设计制造% 在不同的
应用领域" 波纹管的应用条件和工况均不相同"
复杂的运营条件下" 人工计算效率慢" 又很难保
证波纹管应力计算结果的准确% 随着科技的不断
发展" 各种编程语言和计算软件层出不穷" 这些
软件能大 大 节 约 计 算 所 需 的 时 间% 与 此 同 时"
图 #$参数输入
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