abaqus管道建模过程

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44.4mm，壁厚取1.659mm，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。

（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part-1（图1），建立正常段管道1/4圆剖面。具体是先画一个半径为0.0222的圆，向圆内偏移一个管厚0.001659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（0，0.0222）和点（0.0222,0）的交点。

图1.creat 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，同样创建一个3D-shell planar

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0.022的圆，向圆内偏移一个管厚0.001659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），右下图即为part-2剖面。由于腐蚀

深度为0.0003，则两条辅助线是圆心分别与点（0，0.0219）和点（0.0222，0）的交点。

图5. creat part 图6.绘制管道内径圆

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Instance（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，part2-1，part2-2，其中part1-1和part1-2为正常管道截面，part2-1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，part1-1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，得到一个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。

图9.creat instance 图10.part3

图11. merge/cut

3、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，含有正常情况和腐蚀情况的管道模型。

图12.edit 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。

我们创建一个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0.0222的线段（图15），然后拉长到0.888，形成一个平面（图16），该平面就是刚性面。最后由菜单tools-reference point，选择RP作为参考点（图17），用于移动刚性面和添加载荷。

图14.creat part 图15. 长度0.0222的线段

图16.长0.888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 Instance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。

图18.creat instance 图19.带刚性面的1/4管道模型part-4

5、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206107000000和泊松比0.3（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 section assignment命令（图24），

最后选中单元对管道完成单元属性定义（图25）。

图20. 定义材料属性图21.定义材料属性

图22. 定义材料属性

图23.creat section 图24.edit section assignment

图25.完成单元属性定义

6、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 number of increments）分析步数，调节好arc length Increment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0.02，修改maximum为0.1，完成step的定义。

图26.creat、edit step

7、interaction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—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。

图27.edit 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。

图29. 网格显示图30.local seeds