输气管道受力分析的ANSYS实现
ansys平面应变模拟报告
一.项目要求
如图1所示为一燃气输送管道截面及受力见图，试分析管道在内部压力作用下的应力场。
几何参数：外径0.6m，内径0.4m，壁厚0.2m
材料参数：弹性模量E=120Gpa；泊松比0.26
载荷P=1Mpa。
图1燃气管受力简图
二、有限元软件选择及有限元模型
1.有限元软件选择
本项目计算选用国际大型通用有限元软件ansys来进行应力分析和强度评定。
ansys是一套功能最为强大的工程模拟的有限元软件，在生产和研究中为各国的工程师和研究人员所广泛采用，在大量的高科技产品研究中发挥着巨大的作
用。
三几何模型建立
本例属于回转体的平面应变问题，所以选取四分之一模型简化计算量。
几何模型如下
四方法步骤
1，打开ansys启动器，设置名称yuantong点机RUN。
如图3
图3
2选择结构分析勾选Structural 如图4
图4
3 选择单元类型plane183，并设置平面应变选项。
如图5
图5
4选择各向同性线形材料，并设置材料弹性模量和泊松比。
如图6
图6
5创建四分之一圆环，如图7
图7
6由线生成面单元并划分网格，如图8。
图8
7施加约束和载荷。
如图9.图10
图9
图10
8求解并绘制变形前后的总位移,如图11.。
图11
9 绘制应力云图，如图12。
图12
五结果分析
最大应力3.14mPa，最小应力1.437mPa。
最大径向位移0.009m，最小径向位移0.007m。
ansys有限元分析作业经典案例教程文件
有 限 元 分 析 作 业作业名称 输气管道有限元建模分析姓 名 陈腾飞学 号 3070611062班 级 07机制（2）班宁波理工学院题目描述：输气管道的有限元建模与分析计算分析模型如图1所示承受内压：1.0e8 PaR1=0.3R2=0.5管道材料参数：弹性模量E=200Gpa；泊松比v=0.26。
图1受均匀内压的输气管道计算分析模型（截面图）题目分析：由于管道沿长度方向的尺寸远远大于管道的直径，在计算过程中忽略管道的断面效应，认为在其方向上无应变产生。
然后根据结构的对称性，只要分析其中1/4即可。
此外，需注意分析过程中的单位统一。
操作步骤1.定义工作文件名和工作标题1.定义工作文件名。
执行Utility Menu-File→Chang Jobname-3070611062，单击OK按钮。
2.定义工作标题。
执行Utility Menu-File→Change Tile-chentengfei3070611062，单击OK按钮。
3.更改目录。
执行Utility Menu-File→change the working directory –D/chen2.定义单元类型和材料属性1.设置计算类型ANSYS Main Menu: Preferences →select Structural →OK2.选择单元类型。
执行ANSYS Main Menu→Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add →select Solid Quad 8node 82 →applyAdd/Edit/Delete →Add →select Solid Brick 8node 185 →OKOptions…→select K3: Plane strain →OK→Close如图2所示，选择OK接受单元类型并关闭对话框。
图23.设置材料属性。
执行Main Menu→Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic，在EX框中输入2e11，在PRXY框中输入0.26，如图3所示，选择OK并关闭对话框。
基于ANSYS软件的输气管道应力研究
输入如下 的材料属性 ： 氏模量 Ｅ ２ １ 自 比 Ｐ Ｘ ０２ 。 杨 Ｘ＝ Ｅ 松 ｌ Ｒ Ｙ＝ ．６ ４网格 划 分 ． 网 格 划分 后 如 图 ２ 。 ５加载求解 ． 在管道内表面加载气体压力 Ｐ Ｉ ａ加载及定义约束后见图 ３ ＝ ＭＰ ， 。
６读取结果 ．
宽调速 系统的研 究［ 硕士学位论 文］ ． 西安： 西安交通大学，９３ １９． ［］ ２ 张曼若． 无刷直流电动机 的发展与应 用． 微特 电机 ，９ ５２ （ ） １９ ，８ １ ：
２ ￣ ５ ３ ２
［］ ３ 郑吉． 无刷直流 电机控 制技术综述． 微特电机 ，０２ （ ）１￣ ３ ２ ０ ，３ ：１ １． ［ ］ 季秩． 电机的现在 与将来． ４． Ｅ － 无刷 微特电机 ，９ ９ （ ）２￣ ４ １９ ，５ ：３ ２ ．
后处理主要包括 ： 读取结果数据 、 图形显示结果数据 、 表显示结 列 果数据以及进行其他相应后续分析。 三、 天然 气 输送 管道 强 度 分 析过 程 由于天然气输送管道沿长度方向的尺寸远大于管道的直径 ，在计 算过程中忽略管道的断 面效应 ， 认为在其长度方向无应变产 生， 即可 以 简化为平 面问题进行求解 。
１建模 ．
建模不仅是前处理 中的重要工作 ， 也是整个分析过程 中关键 步骤 。 建立模型是否符合实际结构 ， 决定了分 析结果的准确和可靠程度。 建立
模 型 如 图 ｌ 。
图 ４位移 场等值线图
四、 结论
图 ５等效应力等值线图
从天然气输送管道的应力应变分析可知 ： （） １该天然气输送管道在内表面受到 １ Ｐ 的气体压力作用下 ， ａ Ｍ 其内 表 面 所受 的应 力 最 大 ， 大 应 力 为 ２ ９ ａ如 图 ５ 最 ． ＭＰ ， ５ 。 （ 该天然气输送管道的最大变形也在内表面， ２） 最大变形为 ５５Ｌ ．１ ． ｍ， 如图 ４ 。 由此可知 ，应用 Ａ Ｓ Ｓ有 限元 分析软件 可以对管道进行结构分 ＮＹ 析， 其分析结果能准确地 反映实际情况 ， 于确保管道安全运行具有重 对
ANSYSCFD软件介绍——石油天然气管道局
ANSYSCFD软件介绍——石油天然气管道局ANSYS CFD是一种基于数值计算的工程仿真软件，能够对流体的流动、传热、传质等现象进行模拟和分析。
它利用Navier-Stokes方程和其它相关数学模型，通过离散化将连续的物理过程转化为离散的计算问题，然后利用高性能计算机进行求解。
ANSYS CFD软件提供了强大的建模和仿真工具，能够精确地模拟和分析各种复杂的流体流动问题，包括内部流动、外部流动、湍流、多相流、传热等现象。
1.强大的前后处理功能：ANSYSCFD软件提供了丰富的建模和网格生成工具，用户可以方便地创建各种复杂的几何模型，并自动生成适应性网格。
此外，软件还提供了直观的后处理工具，可以用于可视化仿真结果、生成报告以及进行参数优化。
2.多物理场的耦合分析：ANSYSCFD软件支持多个物理场之间的耦合分析，可以模拟和分析流体流动、传热、传质等多种现象的相互作用。
例如，在石油天然气管道局中，可以通过ANSYSCFD软件模拟管道中的气体流动、石油液体混合物的流动以及换热过程，以评估管道的安全性和性能。
3.多种物理模型和数值方法：ANSYSCFD软件提供了多种物理模型和数值方法，可根据具体问题选择合适的模型和方法。
例如，对于湍流流动，可以选择k-ε模型、RNGk-ε模型、SSTk-ω模型等，并使用合适的离散化方法求解。
4.丰富的边界条件：ANSYSCFD软件支持多种边界条件的设定，包括壁面摩擦、入口边界条件、出口边界条件等。
用户可以根据实际情况设置合适的边界条件，以准确模拟并预测流体流动的行为。
5.可扩展性和并行计算：ANSYSCFD软件利用并行计算技术，可以充分利用多核处理器和集群计算机的性能，提高计算效率和准确性。
软件还提供了可扩展的模型库和算法，可以模拟各种复杂流动问题。
在石油天然气管道局中，ANSYSCFD软件可以应用于多个方面，例如：1.管道设计和优化：通过ANSYSCFD软件的模拟和分析功能，可以评估不同管道几何形状、流体输送方案对流量、压力损失、换热效率等参数的影响，从而优化管道设计。
ansys工程实例(4经典例子)
输气管道受力分析（ANSYS建模）任务和要求：按照输气管道的尺寸及载荷情况,要求在ANSYS中建模，完成整个静力学分析过程。
求出管壁的静力场分布。
要求完成问题分析、求解步骤、程序代码、结果描述和总结五部分。
所给的参数如下：材料参数：弹性模量E=200Gpa; 泊松比0.26；外径R₁=0.6m；内径R₂=0.4m；壁厚t=0.2m。
输气管体内表面的最大冲击载荷P为1Mpa。
四.问题求解（一）．问题分析由于管道沿长度方向的尺寸远大于管道的直径，在计算过程中忽略管道的端面效应，认为在其长度方向无应变产生，即可将该问题简化为平面应变问题，选取管道横截面建立几何模型进行求解。
（二）．求解步骤定义工作文件名选择Utility Menu→File→Chang Jobname 出现Change Jobname对话框，在[/FILNAM] Enter new jobname 输入栏中输入工作名LEILIN10074723，并将New log and eror file 设置为YES，单击[OK]按钮关闭对话框定义单元类型1)选择Main Meun→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delte命令，出现Element Type 对话框，单击[Add]按钮，出现Library of Element types对话框。
2）在Library of Element types复选框选择Strctural、Solid、Quad 8node 82,在Element type reference number输入栏中出入1，单击[OK]按钮关闭该对话框。
3. 定义材料性能参数1）单击Main Meun→Preprocessor→Material Props→Material models出现Define Material Behavion 对话框。
选择依次选择Structural、Linear、Elastic、Isotropic选项，出现Linear Isotropic Material Properties For Material Number 1对话框。
ansys有限元分析作业经典案例
有限元分析作业作业名称输气管道有限元建模分析姓名陈腾飞学号 3070611062班级 07机制（2）班宁波理工学院题目描述：输气管道的有限元建模与分析计算分析模型如图1所示承受内压：1.0e8 PaR1=0.3R2=0.5管道材料参数：弹性模量E=200Gpa；泊松比v=0.26。
图1受均匀内压的输气管道计算分析模型（截面图）题目分析：由于管道沿长度方向的尺寸远远大于管道的直径，在计算过程中忽略管道的断面效应，认为在其方向上无应变产生。
然后根据结构的对称性，只要分析其中1/4即可。
此外，需注意分析过程中的单位统一。
操作步骤1.定义工作文件名和工作标题1.定义工作文件名。
执行Utility Menu- Jobname-3070611062，单击OK按钮。
2.定义工作标题。
执行Utility Menu- Tile-chentengfei3070611062，单击OK按钮。
3.更改目录。
执行Utility Menu-File→change the working directory –D/chen2.定义单元类型和材料属性1.设置计算类型ANSYS Main Menu: Preferences →select Structural →OK2.选择单元类型。
执行ANSYS Main Menu→Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add →select Solid Quad 8node 82 →applyAdd/Edit/Delete →Add →select Solid Brick 8node 185 →OKOptions…→select K3: Plane strain →OK→Close如图2所示，选择OK接受单元类型并关闭对话框。
图23.设置材料属性。
执行Main Menu→Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic，在EX框中输入2e11，在PRXY框中输入0.26，如图3所示，选择OK并关闭对话框。
基于SolidWorks与ANSYS的输水管路模态分析
工程技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald89管路在工业生产中应用非常广泛，所处的工况对管路尺寸和管道布置的影响比较大。
在投运前期，管路动态性能很难通过实际的测试获取，需要通过多种途径对其进行加固，往复的修改工作一方面会导致很多问题的发生；另一方面增加较大成本。
管道振动会产生较大噪音，特别在管路的薄弱环节出现断裂和泄露，引起严重生产事故，最终导致较大损失，因此用有效快捷的方式解决这一问题尤为重要。
高压管路的振动一般都是振源引起的，往往振源种类比较多，因此难以直接获得管路振动频率。
本文是根据某企业内化水系统内高压泵出口管道振动这一工程实例，利用S ol idWork s 对该管路进行建模，采用A NSYS 分析软件对该高压管路进行模态分析，获得该管路初始状态和加固后管路的各阶固有频率，再通过对两种情形下模态进行分析比较，采取合理的施工方案，有效避开振源频率。
1 管系的简单介绍该管道为化水系统高压泵出口管道，利用S ol id Wor k s 与A NSYS之间的数据交换提供的专用接口，实现数据的共享和交换[1]。
该管路的弹性模量为EX=1.95e11M Pa，泊松比PRXY=0.305，密度DENS=7870。
2 管道振动有限元动力学方程管道振动体系的阻尼值非常小，对系统的自振频率影响很小，所以在对管道结构进行模态分析计算其固有频率和①通讯作者:李关章(1982—),男,江苏徐州人，硕士研究生,研究方向:机械设计及理论,E-m ai l：l ig ua n zh an g2010@Fox m a i l.c om。
DOI：10.16660/ k i.1674-098X.2017.22.089基于SolidWorks与ANSYS的输水管路模态分析①李关章*(大唐国际金坛燃机热电有限责任公司 江苏常州 213200)摘 要：采用SolidWorks对该段管路进行三维建模，应用ANSYS分析软件对该段管路系统不同工况进行振动模态分析，提取各阶固有频率，对管路振动固有频率与激振频率进行对比，使得固有频率避开振源频率，从管道结构有限元分析的角度来降低管系对外界激振力的响应。
ansys课程设计-连杆实例的受力分析
ANSYS课程设计连杆实例的受力分析一.问题描述厚度为0.5英寸的汽车连杆在小头孔周围90度处承受P=1000psi的表面载荷。
用有限元法分析了连杆的应力状态。
连杆材料性能:模量E=30×106psi，泊松比0.3。
因为连杆的结构是对称的，所以只能进行一半的分析。
采用自底向上的建模方法，采用20节点SOLID95单元进行划分。
二、具体操作流程1.定义工作文件名和工作标题。
2.生成两个圆环体。
⑴生成圆环:主菜单>预处理器>模型创建>面积圆>按尺寸，其中RAD1=1.4，RAD2=1，θ1 = 0，θ2 = 180，单击应用，输入θ1 = 45，然后单击确定。
⑵打开“面编号”控件，选择“区域编号”作为“打开”，然后单击“确定”。
3.生成两个矩形。
⑴生成矩形:主菜单>预处理器>模型创建>面积矩形>按尺寸，输入X1=-0.3，X2=0.3，Y1=1.2，Y2=1.8，点击应用，然后分别输入X1=-1.8，X2=-1.2，Y1=0，y2 = 0。
⑵平移工作平面:工具菜单>工作平面>偏移WP to > XYZ位置，在ANSYS输入窗口的charm输入行中输入6.5，按Enter键确认，然后单击确定。
⑶将工作平面坐标系转换为活动坐标系:工具菜单>工作平面>将活动坐标系更改为>工作平面。
4.生成圆环体并执行布尔运算。
⑴⑵进行面对面折叠操作，结果如图。
5.生成连杆体。
⑴激活直角坐标系:工具菜单>工作平面>将活动坐标系更改为>全局笛卡尔坐标系。
⑵定义四个新的关键点:主菜单>预处理器>创建>关键点”在Active CS中，在对话框中输入X=2.5，Y=0.5，点击应用；；X=3.25，Y=0.4，点击应用；；X=4，Y=0.33，点击应用；；X=4.75，Y=0.28，点击确定。
⑶激活全局坐标系:工具菜单>工作平面>将活动坐标系更改为>全局圆柱坐标系。
基于ANSYS的燃气管道环焊缝有限元分析
㊀２０１９年㊀第１期Ｐｉｐｅｌｉｎｅ㊀Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ㊀ａｎｄ㊀Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ２０１９㊀Ｎｏ １㊀收稿日期：２０１８－０７－０３基于ＡＮＳＹＳ的燃气管道环焊缝有限元分析齐晓琳１，王嵩梅１，董绍华２（１．北京市燃气集团有限责任公司，北京㊀１０００３５；２．中国石油大学（北京）管道技术与安全研究中心，北京㊀１０２２４９）㊀㊀摘要：为分析城镇燃气管道失效原因，对发生泄漏的某燃气管道进行了有限元分析，利用ＡＮＳＹＳ软件建立几何模型和管土相互作用模型，并进行了单元选择㊁管材模型建立㊁土弹簧计算㊁边界条件与载荷分析等研究工作，在分别只有内压载荷㊁内压与地表沉降㊁内压与土体沿管道轴向移动㊁内压与土体水平横向移动的４种工况下对管道进行模拟，得到管道最大应力位置和导致管道失效断裂的原因㊂关键词：燃气管道；ＡＮＳＹＳ分析；环焊缝；管道安全中图分类号：ＴＥ８３２㊀㊀㊀文献标识码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：１００４－９６１４（２０１９）０１－００５５－０４ＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＧａｓＰｉｐｅｌｉｎｅＷｅｌｄＳｅａｍＢａｓｅｄｏｎＡＮＳＹＳＱＩＸｉａｏ⁃ｌｉｎ１，ＷＡＮＧＳｏｎｇ⁃ｍｅｉ１，ＤＯＮＧＳｈａｏ⁃ｈｕａ２（１．ＢｅｉｊｉｎｇＧａｓＧｒｏｕｐＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００３５，Ｃｈｉｎａ；２．ＰｉｐｅｌｉｎｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＳａｆｅｔｙＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍ⁃Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０２２４９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｃａｕｓｅｏｆｕｒｂａｎｇａｓｐｉｐｅｌｉｎｅｆａｉｌｕｒｅ，ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｏｆａｌｅａｋｉｎｇｇａｓｐｉｐｅｌｉｎｅｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ，ａｎｄｔｈｅｇｅｏｍｅｔｒｉｃｍｏｄｅｌａｎｄｔｈｅｓｏｉｌ⁃ｐｉｐｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｍｏｄｅｌｗｅｒｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂｙＡＮＳＹＳｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｗｏｒｋｓｕｃｈａｓｕｎｉｔｓｅｌｅｃｔｉｏｎ，ｔｕｂｅｍｏｄｅｌｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ，ｓｏｉｌｓｐｒｉｎｇｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｎｄｌｏａｄａｎａｌｙｓｉｓｗｅｒｅａｌｓｏｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ．Ｔｈｅｐｉｐｅｌｉｎｅｗａｓｓｉｍｕｌａｔｅｄｕｎｄｅｒｆｏｕｒｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｉｎｔｅｒｎａｌｐｒｅｓｓｕｒｅｌｏａｄｉｎｇ，ｉｎｔｅｒｎａｌｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｓｕｒｆａｃｅｓｕｂｓｉｄ⁃ｅｎｃｅ，ｉｎｔｅｒｎａｌｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｓｏｉｌｍｏｖｉｎｇａｌｏｎｇｔｈｅｐｉｐｅｌｉｎｅａｘｉｓ，ａｎｄｉｎｔｅｒｎａｌｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｓｏｉｌｍｏｖｉｎｇｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｌｙ．Ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｓｔｒｅｓｓｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｉｐｅｌｉｎｅａｎｄｔｈｅｃａｕｓｅｏｆｆａｉｌｕｒｅａｎｄｆｒａｃｔｕｒｅｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇａｓｐｉｐｅｌｉｎｅ；ＡＮＳＹＳａｎａｌｙｓｉｓ；ｇｉｒｔｈｗｅｌｄ；ｐｉｐｅｌｉｎｅｓａｆｅｔｙ０㊀引言城镇燃气管道是城镇重要的基础设施㊂管道腐蚀㊁焊缝缺陷㊁第三方破坏等会导致管道事故［１－２］㊂需要对城镇燃气管道进行失效分析，判断管道失效原因，从而更好地保障城镇燃气管道平稳安全运行［３－４］㊂通过ＡＮＳＹＳ建立所求问题的模型，划分单元，求解有限个数值，就可以近似模拟真实环境的未知量㊂借助于ＡＮＳＹＳ进行燃气管道环焊缝有限元分析，可以清楚地了解整个管道结构的应力分布以及变形情况［５－８］㊂１㊀问题描述某段燃气管道发生泄漏，泄漏时管线运行压力０．０９８ＭＰａ，运行温度－２ħ㊂资料显示，该工程主管线采用规格为Φ５２９ˑ８ｍｍ㊁材质为Ｑ２３５Ｂ的螺旋钢管进行铺设，钢管外防腐为塑化沥青防蚀带，钢管依据ＧＢ／Ｔ９７１１．１ １９９７‘石油天然气工业输送钢管交货技术条件㊀第１部分：Ａ级钢管“制造，管道焊接采用氩电联焊，即氩弧焊打底，两遍手弧焊，焊口无损探伤依据ＧＢ５００２８ １９９３‘城镇燃气设计规范“规定㊂现场测量资料显示，泄漏为环焊缝整体开裂所致，焊口１２点方位的裂口宽度为９０ｍｍ，６点方位的裂口宽度为８０ｍｍ（图１）；在１２点方位，南侧管顶比北侧管顶高出约１８ｍｍ，９点方位则基本平齐（图２），９ １０点方位存在焊缝金属连接，３点方位存在母材撕裂（图３）㊂２㊀几何模型根据该管段的竣工资料及ＣＪＪ３３ １９８９‘城镇燃气输配工程施工及验收规范“㊁ＧＢ５００２８ １９９３‘城镇燃气设计规范“㊁ＧＢ１２４５９ １９９０‘钢制无缝钢管“等设计施工标准，相关参数如表１所示㊂㊀㊀㊀㊀㊀５６㊀ＰｉｐｅｌｉｎｅＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＥｑｕｉｐｍｅｎｔＪａｎ２０１９㊀图１㊀现场测量照片１图２㊀现场测量照片２图３㊀现场测量照片３表１㊀管道材料力学参数材料弹性模量Ｅ／１０１１Ｐａ泊松比υ屈服强度σｂ／１０８Ｐａ抗拉强度σｓ／１０８Ｐａ断后伸长率Ａ／％Ｑ２３５Ｂ２．０９０．３２．３５３．７５２６阀门均有固定支撑，对管道起到固定作用㊂因此，主管道两侧阀门处为主要断裂点，支管的断裂点均位于三通到阀门之间㊂由此可建立几何模型㊂根据竣工资料，管道埋深为２．０ｍ㊂３㊀管土相互作用模型将管道周围土体简化为一系列的等效弹塑性弹簧，管土间的相互作用采用水平横向㊁轴向和垂直横向的土弹簧进行模拟，分别代表管土间的水平横向土压力㊁轴向摩擦力㊁垂直横向土压力㊂土弹簧模型示意图如图４所示㊂图４中，Ｄ１㊁Ｄ２㊁Ｄ３分别为节点处垂直横向㊁水平横向㊁轴向的位移；Ｋ１㊁Ｋ２㊁Ｋ３分别为垂直横向㊁水平横向㊁轴向的土弹簧刚度系数㊂弹簧的刚度和自由度由填覆土质决定㊂在由于地质灾害导致管道周围土体移动时，可将土体移动位移分解为平行管道轴向的轴向位移和垂直管道轴向的横向位移，并可将横向滑移进一步分解为垂直横向位移和水平横向位移㊂图４㊀三维壳－土弹簧分析模型３．１㊀单元选择管道采用四节点Ｓｈｅｌｌ１８１进行模拟㊂Ｓｈｅｌｌ１８１适用于薄到中等厚度的壳结构，单元每个节点有６个自由度，即沿节点ｘ㊁ｙ㊁ｚ方向的平动自由度及绕节点ｘ㊁ｙ㊁ｚ轴的转动自由度㊂该单元能够应用于求解线性㊁旋转和大应变非线性问题㊂土弹簧单元选择ＣＯＭＢＩＮ３９㊂ＣＯＭＢＩＮ３９是一种具有非线性ｆ－ｄ性能的单向受力单元㊂该单元在１－Ｄ㊁２－Ｄ或３－Ｄ应用中具有纵向的和扭转的能力㊂纵向能力是指它是单向的轴向拉－压单元，每个节点都具有３个自由度：即节点的ｘ㊁ｙ㊁ｚ方向的平移自由度，不考虑弯曲和扭转㊂扭转能力是指它是一种纯粹的旋转单元，每个节点都有３个自由度：即绕ｘ㊁ｙ㊁ｚ轴的旋转，不考虑弯曲或轴向的荷载㊂３．２㊀管材模型管道材料使用三折线模型，采用ＶｏｎＭｉｓｅｓ屈服准则判断管道的应力应变是否进入塑性屈服状态㊂３．３㊀土弹簧计算当地质灾害导致管道周围土体发生移动时，管土之间的相互作用通过３个定向非线性弹簧来模拟，其模型如图５所示㊂管土之间进入复杂的相互作用状态，土壤参数难以确定，这里主要参考ＡＬＡ和ＡＳＣＥ的研究成果，采用土弹簧的相关参数㊂（ａ）轴向土弹簧㊀（ｂ）水平横向土弹簧（ｃ）垂直横向土弹簧图５㊀管土相互作用的土弹簧模型３．３．１㊀轴向土弹簧土中单位长度上管道所受轴向作用力可按式（１）㊀㊀㊀㊀㊀第１期齐晓琳等：基于ＡＮＳＹＳ的燃气管道环焊缝有限元分析５７㊀㊀计算：Ｔｕ＝πＤαｃ＋πＤ２γＨ（１＋ｋ０）ｔａｎδ（１）式中：α为粘聚力因子；ｃ为典型回填土粘聚力，黏土取１０４Ｐａ；γ为有效土壤容重，结合竣工资料，取值为１．８８ˑ１０４Ｎ／ｍ３；δ为管土界面摩擦角；Ｄ为管道外径，ｍ；Ｈ为管道中线埋深，ｍ；ｋ０为静压系数，取０．５㊂计算公式为：α＝０．６０８－０．１２３ｃ－０．２７４ｃ２＋１＋０．６９５ｃ３＋１（２）δ＝ｆφ（３）式中：φ为土壤内摩擦角，土体为黏土时取３０ʎ；ｆ为管土界面摩擦角的影响因子，防腐层为塑化沥青，取０．９㊂分配到有限元模型中各弹簧单元的轴向屈服力为Ｔｅｕ＝ＴｕＬｅＮ（４）式中：Ｌｅ为壳单元轴向长度，ｍ；Ｎ为壳单元环向数量㊂根据竣工资料的土体密度，土体为黏土时位移取值为１０ｍｍ㊂３．３．２㊀水平横向土弹簧土中单位长度上管道所受水平横向作用力可按式（５）计算：Ｐｕ＝γＨＮｑｈＤ＋ＮｃｈｃＤ（５）式中：Ｎｑｈ为黏土承载能力因子（ｃ＝０时为０）；Ｎｃｈ为水平承载能力因子（φ＝０时为０）㊂Ｎｃｈ＝ａ＋ｂｘ＋ｃ（ｘ＋１）２＋ｄ（ｘ＋１）３ɤ９（６）Ｎｑｈ＝ａ＋ｂｘ＋ｃｘ２＋ｄｘ３＋ｅｘ４（７）式中ａ㊁ｂ㊁ｃ㊁ｄ㊁ｅ㊁ｘ为系数，其取值可参考文献［９］㊂分配到有限元模型中各弹簧单元的轴向屈服力为Ｐｅｕ＝ＰｕＬｅＮ（８）３．３．３㊀向上土弹簧在垂直方向上，由于管道上方和下方支撑条件的差异，应分别计算上方和下方的支撑作用㊂分配到有限元模型中各弹簧单元的轴向屈服力为ｑｅｕｕ＝ＱｕｕＬｅＮ（９）式中Ｑｕｕ为土中单位长度上管道所受垂直向上作用力㊂３．３．４㊀向下土弹簧向下土弹簧可以参照圆柱形的地基计算，计算公式如下：Ｑｄ＝ｃＮｃＤ＋γＨＮｑＤ＋１２γＤ２Ｎγ（１０）Ｎｃ＝［ｃｏｔ（ϕ＋０．００１）］ｅｘｐ［ｔａｎ（ϕ＋０．００１）］ｔａｎ２４５＋ϕ＋０．００１２æèçöø÷－１{}（１１）Ｎｑ＝ｅｘｐ［πｔａｎϕ］ｔａｎ２４５＋ϕ２æèçöø÷（１２）Ｎγ＝ｅ（０．１８ϕ－２．５）（１３）式中Ｎｃ㊁Ｎｑ㊁Ｎγ为承载能力因子㊂分配到有限元模型中各弹簧单元的轴向屈服力为ｑｅｕｄ＝ＱｕｄＬｅＮ（１４）土体为沙土时位移为０．１Ｄ；土体为黏土时位移为０．２Ｄ㊂从以上分析中可以看出，由于土体具有非常强的非线性特征，受到各种因素的影响，因此，土弹簧参数的确定非常复杂㊂３．４㊀边界条件与载荷３．４．１㊀边界条件对土体移动区域以外的管道，在土弹簧不与管道连接端施加固定约束，限制其移动，以模拟管道周围土体对管道的约束和支撑作用；在管道端部节点上施加固定约束，以模拟阀门对土体移动区域附近管道的约束作用㊂３．４．２㊀载荷对土体移动区域以内的管道，根据土体移动的方向，对相应方向的土弹簧在其不与管道连接端施加位移载荷，以模拟管道周围土体移动对管道施加的外部作用力，同时在管道内壁施加等于管道内压的压力载荷㊂４㊀计算结果为确定管道断裂失效原因，分别在只有内压载荷㊁内压与地表沉降㊁内压与土体沿管道轴向移动㊁内压与土体水平横向移动时对４种工况进行模拟㊂４．１㊀仅受内压作用工况工况条件为管道仅承受失效工况的内压作用，根㊀㊀㊀㊀㊀５８㊀ＰｉｐｅｌｉｎｅＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＥｑｕｉｐｍｅｎｔＪａｎ ２０１９㊀据资料，取０．０９８ＭＰａ㊂管道最大Ｍｉｓｅｓ应力为１１ＭＰａ，位于管道端部，主要来源于管道阀门对管道在内压下的约束作用；在失效处附近的管道最大Ｍｉｓｅｓ应力为５．０ＭＰａ，具体如图６所示㊂图６㊀内压作用下的管道应力局部放大图图中，ＳＴＥＰ＝１表示该图为第１载荷步骤的结果，ＳＵＢ＝６表示第６子步骤的结果，ＴＩＭＥ＝１表示１ｓ时刻的结果，ＳＥＱＶ表示根据Ｍｉｓｅｓ第四强度理论用３个主应力折算后得到的应力值，ＤＭＸ表示最大总变形（ｍ），ＳＭＮ表示最小应力（Ｐａ）；ＳＭＸ表示最大应力（Ｐａ）㊂４．２㊀内压与土体沉降共同作用工况工况条件为内压和沉降共同作用，根据资料，取内压０．０９８ＭＰａ㊂假定土体沉降沿管道轴向长度为４７ｍ，沉降量为０．１５ｍ，沉降范围为测点沿ｘ方向３ ５０ｍ范围区域㊂导致的最大Ｍｉｓｅｓ应力为２６８ＭＰａ，位于三通与管道的结合处１２点钟位置，具体如图７所示㊂图７㊀内压与土体沉降作用下的管道应力局部放大图４．３㊀内压与土体沿轴向位移共同作用工况工况条件为内压和土体轴向位移共同作用，根据资料，取内压０．０９８ＭＰａ㊂假定土体位移沿管道轴向长度为４７ｍ，位移量为０．１０ｍ，沿ｘ轴正向移动，移动范围测点沿ｘ方向３ ５０ｍ区域范围㊂导致的最大Ｍｉｓｅｓ应力为３９７ＭＰａ，位于三通根部处１２点钟位置，具体如图８所示㊂图８㊀内压与土体沿管道轴向位移作用下的管道应力局部放大图４．４㊀内压与土体水平横向位移共同作用工况工况条件为内压和土体水平横向位移共同作用，根据资料，内压０．０９８ＭＰａ㊂假定土体沿管道轴向移动的长度为４７ｍ，位移量为０．０４ｍ，沿ｙ轴负向移动，移动范围为测点沿ｘ方向３ ５０ｍ区域范围㊂导致的最大Ｍｉｓｅｓ应力为３０２ＭＰａ，位于三通根部处１２点钟位置，具体如图９所示㊂图９㊀内压与土体水平横向移动作用下的管道应力局部放大图５㊀结论通过对以上４种工况的分析，可得出如下结论：（１）内压对管道影响很小；由于三通对管道的约束作用，使土体在不同方向管道应力的影响不同，影响最大的为水平轴向位移，其次为横向位移，最后为土体沉降㊂（２）在垂直位移作用下，三通管件与直管道交接处附近存在非常大的应力集中，最大应力位于管道的１２：００位置，与发生断裂的管道在１２：００附近起裂一致㊂（下转第６２页）㊀㊀㊀㊀㊀６２㊀ＰｉｐｅｌｉｎｅＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＥｑｕｉｐｍｅｎｔＪａｎ２０１９㊀图４㊀现场注浆试验流程图完全充满管道，泌水深度小于３ｃｍ，完全达到本次试验的目的㊂通过本次试验，发现在废弃管道注浆填充工艺上应注意以下几点：（１）灌注点宜选择在整个灌注管道段的相对低点，以利于排除胶凝材料的泌水，保证充填质量；（２）灌注过程应连续，以避免浆体离析堵塞灌注通道，造成启动压力过大，因此应至少备份１台灌注设备，可随时交替启动；（３）制浆工艺过程中应严格控制水的加入量，以避免泌水量过大㊂４㊀结束语可用于对废弃管道进行填充的材料较多，本次试验所采用的改性水泥浆体由于水泥胶凝特性的影响，在充填材料中属于对工艺要求较苛刻的一种材料，需保证良好的流动性及凝固特性，本次现场灌注试验表明对废弃管道进行充填是完全可行的，且在充填材料选择方面，可根据区域材料的多样性及成本进行合理选择，如膨润土浆㊁发泡水泥浆或者化学发泡材料等㊂针对废弃管道制浆量大㊁浆体浓度高的特点，应开发大型制浆搅拌设备和大流量㊁高压力的柱塞式灌浆泵；对于废弃管道的注浆填充工艺，为了提高废弃管道的注浆效率和注浆距离，可以将纯压力注浆与真空辅助注浆相结合使用㊂参考文献：［１］㊀ＣａｎａｄａＰｉｐｅｌｉｎｅＡｂａｎｄｏｎｍｅｎｔＳｔｅｅｒｉｎｇＣｏｍｍｉｔｔｅｅ．Ｐｉｐｅｌｉｎｅａｂａｎｄｏｎｍｅｎｔ⁃Ａｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｐａｐｅｒｏｎｔｅｃｈｎｉｃａｌａｎｄｅｎｖｉｒｏｎ⁃ｍｅｎｔａｌｉｓｓｕｅｓ［ＥＢ／ＯＬ］．［２０１８－０４－３０］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎｅｂ⁃ｏｎｅ．ｇｃ．ｃａ／ｃｌｆ⁃ｎｓｉ／ｒｓｆｔｙｎｄｔｈｎｖｒｎｍｎｔ／ｓｆｔｙ／ｒｆｒｎｃｍｔｒｌ／ｐｐｌｎｂｎｄ⁃ｎｍｎｔｔｃｈｎｃｌｎｖｒｎｍｎｔｌ⁃ｅｎｇ．ｈｔｍｌ．［２］㊀ＣａｎａｄｉａｎＥｎｅｒｇｙＰｉｐｅｌｉｎｅＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ（ＣＥＰＡ）．Ｐｉｐｅｌｉｎｅａｂａｎ⁃ｄｏｎｍｅｎｔａｓｓｕｍｐｔｉｏｎｓ⁃Ｔｅｃｈｎｉｃａｌａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｓｆｏｒｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｐｉｐｅｌｉｎｅａｂａｎｄｏｎｍｅｎｔｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ［ＥＢ／ＯＬ］．［２０１８－０４－３０］．ｈｔｔｐｓ：／／ｄｏｃｓ．ｎｅｂ⁃ｏｎｅ．ｇｃ．ｃａ／ｌｌ⁃ｅｎｇ／ｌｌｉｓａｐｉ．ｄｌｌ／ｆｅｔｃｈ／２０００／９０４６３／５０１４７３／５０１４８８／５０１１９８／５１５１０３／Ａ１Ｆ２Ｚ４＿⁃＿ＴＮＳ＿Ｔｅｃｈ＿Ｇｕｉｄｅｌｉｎｅｓ＿ｏｎ＿Ａｂａｎｄｏｎｍｅｎｔ＿（ｒ１２）＿Ａｐｒｉｌ＿１０＿０７＿ＪＫＫ．ｐｄｆ？ｎｏｄｅｉｄ＝５１５１０４＆ｖｅｒｎｕｍ＝０＆ｒｅｄｉｒｅｃｔ＝３．［３］㊀解明洋，李斌，崔蕾，等．陆上油气管道弃置方案选择依据［Ｊ］．油气储运，２０１４，３３（８）：８２５－８２８．［４］㊀ＰｅｔｒｏｌｅｕｍＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｈａｉｌａｎｄ．Ｏｎｓｈｏｒｅｐｉｐｅｌｉｎｅｓｄｅｃｏｍ⁃ｍｉｓｓｉｏｎｉｎｇｇｕｉｄｅｌｉｎｅ［ＥＢ／ＯＬ］．［２０１８－０４－３０］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｐｔｉｔ．ｏｒｇ／ｄｏｗｎｌｏａｄ／ｗｅｂｄｅｃｏｍ／Ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ％２０Ｆ％２０（Ｄｒａｆｔ％２０Ｏｎｓｈｏｒｅ％２０Ｐｉｐｅｌｉｎｅｓ％２０Ｄｅｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎｉｎｇ％２０Ｇｕｉｄｅｌｉｎｅ）．ｐｄｆ．［５］㊀张景秀．坝基防渗与灌浆技术［Ｍ］．２版．北京：中国水利水电出版社，２００２．作者简介：徐华天（１９８６ ），工程师，硕士，主要从事管道腐蚀控制与安全评价技术的研究工作㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｘｕｈｕａｔｉａｎ＠ｐｅｔｒｏｃｈｉｎａ．ｃｏｍ．ｃｎ（上接第５８页）（３）在土体沿管道轴向移动作用下，最大应力位于三通的根部；在土体水平横向移动作用下，在三通根部和三通管件与直管道交接处附近存在非常大的应力集中，最大应力位于三通根部㊂因此，导致管道失效断裂的原因为管道周围土体移动或沉降㊂参考文献：［１］㊀王春雪，吕淑然．城市燃气管道泄漏致灾混合概率风险评估研究［Ｊ］．中国安全科学学报，２０１６，２６（１２）：１４６－１５１．［２］㊀马庆春，张博．基于ＡＬＯＨＡ的城市燃气管道泄漏火灾爆炸影响区域的数值模拟［Ｊ］．安全与环境工程，２０１６，２３（２）：７５－７９．［３］㊀於孝春，贾朋美，张兴．基于模糊Ｂｏｗ－ｔｉｅ模型的城镇燃气管道泄漏定量风险评价［Ｊ］．天然气工业，２０１３，３３（７）：１３４－１３９．［４］㊀王文和，易俊，沈士明．基于风险的城市埋地燃气管道安全评价模型及应用［Ｊ］．中国安全生产科学技术，２０１０，６（３）：１６３－１６６．［５］㊀高建，王德国，何仁洋，等．基于ＡＮＳＹＳ的悬索跨越管道地震时程响应分析［Ｊ］．西南石油大学学报（自然科学版），２０１０，３２（１）：１５５－１５９．［６］㊀康习锋，张宏．基于ＡＮＳＹＳ的管道屈曲临界载荷分析［Ｊ］．油气储运，２０１７，３６（３）：２６２－２６６．［７］㊀高文学，李建勋，王启，等．故障树分析法在城市燃气管道安全评价的应用［Ｊ］．煤气与热力，２００９，２９（１２）：８２－８８．［８］㊀张文艳，姚安林，李又绿，等．埋地燃气管道风险程度的多层次模糊评价方法［Ｊ］．中国安全科学学报，２００６（８）：３２－３６．［９］㊀ＩｎｄｉａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＫａｎｐｕｒ．Ｇｕｉｄｅｌｉｎｅｓｆｏｒｓｅｉｓｍｉｃｄｅｓｉｇｎｏｆｂｕｒｉｅｄｐｉｐｅｌｉｎｅｓ：Ｐｒｏｖｉｓｉｏｎｓｗｉｔｈｃｏｍｍｅｎｔａｒｙａｎｄｅｘｐｌａｎａｔｏｒｙｅｘｍｐｌｅｓ：ＩＩＴＫ⁃ＧＳＤＭＡ ２００７［Ｓ］．Ｋａｎｐｕｒ：ＮａｔｉｏｎａｌＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＣｅｎｔｅｒｏｆＥａｒｔｈｑｕａｋｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００７：１９－３０．作者简介：齐晓琳（１９７１ ），工程师，从事于城镇燃气生产运营工作㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｑｉｘｌ＠ｂｊｇａｓ．ｃｏｍ。
输气管道受力分析的ANSYS实现
输气管道受力分析的ANSYS实现现代CAE 技术及应用（ANSY）S输气管道受力分析的ANSYS实现一、问题描述一天然气输送管道的横截面及受力简图如图所示，在其内表面承受气体压力P的作用，求管壁的应力场分布。
图i管道受力简图管道几何参数：外径 R1=0.6m ;内径R2=0.4m ;壁厚t=0.2m。
管道材料参数：弹性模量E=200Gpa ;泊松比v =0.26。
载荷：P=1Mpa。
二、问题分析由于管道沿长度方向的尺寸远大于管道的直径，在计算过程中忽略管道的端面效应，认为在其长度方向无应变产生，即可将该问题简化为平面应变问题，选取管道横截面建立几何模型进行求解。
三、求解步骤1.定义单元类型定义单元类型为 Structural Solid , Quad 8node 82。
设置选项为Plane strain。
图2定义单元类型WP 丼 0UP ￥tl Rnadi-lThe<d-1< p="">t) Rad-2eTfi Tht-td-2OKno setGance 1Help图4生产部分圆环面图5生产的几何模型结果显示2. 定义材料性能参数输入弹性模量和泊松比。
3. 生成几何模型，划分网格在ANSYS 窗口创建几何模型，如图格，如图6所示。
然后保存。
4。
转换成圆柱坐标系后划分网图3定义材料性能参数Pic ]<UnvlclfWP X图6划分网格结果显示4、加载求解1）选择分析类型为 Static,对线段2和9施加X方向的位移约束，对线段4和7施加Y方向的位移约束。
对管道内环面施加压力。
图7选择分析类型图8施加位移约束对话框图9施加位移约束、压力之后的模型保存之后求解，出现图所示的提示。
图10求解结果提示</d-1<>。
ANSYS在管道热应力分析中的应用
１ 引 言
一
的氢油气 ， 易 燃 易爆 混合 物 ， 管道 材 料 为 ０ Ｃ ｒ ｌ ８ Ｎ ｉ ｌ ０ Ｔ ｉ ， 规 格 为
０ ６ ． ４ ｘ ４ ０ ． ４ ９ 。 加 氢裂化反应 器（ Ｄ Ｃ １ ０ ２ ） 是 加 氢 裂 化 装 置 的 关 键 设 备 之 ６４
属 于 三 类 压 力容 器 ， 其 管 系 结果 复 杂 ， 介 质 易燃 易爆 ， 操 作 ３ 模型建立及边 界条件 务件苛刻 ， 其 安 全 可 靠运 行 至 关 重要 ｌ 。 在长期服役过程 中， 管 由于 Ｄ Ｃ １ ０ ２加 氢 裂 化 装 置 管 系结构 比较 复 杂 ．为 便 于 有 道 由于 热 膨 胀 、 介 质 压 力 和 材料 蠕 变 等 的 作 用 ， 管 系应 力 的分 限元 分 析 对 管 系进 行 简化 处 理 。
（ ４） 压 力 及 温 度
管道 系统 的 温 度 和 压 力 边 界 条 件 即为 现 场 的 温 度 和 压 力 条 件 。 管 道 内外 壁 视 为 无 温 度 差 ，视 为 恒 温 。其 中 管道 内压 １ ７ ． ５ ＭＰ ａ ． 最 高 工作 温度 为 ４ ２ ０ ￣ Ｃ 。 管 系有 限 元模 型 如 图 ２所 示 。
移方面 的情况。并验证安装前给定位移使管 系热膨胀位移得到 改善的可行性。
【 关键词 】 管道 ： Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ ； 热应力 ； 高压 【 中图分类号 ］ Ｔ Ｕ ９ ９ ５６ ６ （ ２ ０ １ ７ ） ２ ４ — ０ ０ ４ ７ — ０ ２
金 属 八 角垫 一 螺栓一 法 兰与 管道 连 接 处 。
对 管 道 ．按 照 现 有 支 吊架 的 布 置 方 案 设 定 模 型 的 边 界 条 件 其 中支 架 ｌ 、 ３ 、 ５ 、 ７为导 向 支 架 ， 支架 ２ 、 ４ 、 ６为 承 重 支 架 。 （ ３） 自重 已知 材 料 密 度 、 单 元 体 积 及 重 力 加 速 度 可 实现 管道 重 力 的 加 载 。 重 力加 速 度 为 ９ ． ８ Ｎ／ ｋ ｇ 。
基于ANSYS软件对受压水管疲劳的有限元分析报告
基于ANSYS软件对受压水管疲劳的有限元分析报告一、概述本次大作业主要利用ANSYS软件对水管的疲劳进行分析,计算出水管的最大寿命。
然后与实际情况进行比较,证明分析的正确性,从而为水管的优化分析提供了充分的理论依据，并且通过对ANSYS软件的实际操作深刻体会有限元分析方法的基本思想，对有限元分析方法的实际应用有一个大致的认识。
二、问题分析日常生活中经常遇到水管破裂的问题，有的因为受冻破裂，有的因为水压过大，也有的受到水压不停冲击产生的疲劳破坏。
如下图示为参考模型，自行定义尺寸，建立水管模型，施加水压0.1MPa,分析在该水压下，水管能承受多少次冲击。
假设水管两端固定图1 水管三、有限元建模寿命分析之前需要进行强度分析，在Windows“开始”菜单中执行ANSYS—Workbench 命令。
创建项目A，进行静力学分析，双击左侧的static structure即可图 2 强度分析项目如图 3所示，常用的水管为PE管，其弹性模量为2GPa，泊松比为0.39图 3 材料定义双击Geometry进入几何模型建立模块，进行几何建模。
如图所示为二通接头，水管采用面体建模，首先建立其中一根水管，直径为30mm，长度为0.5m，如下所示三通的外径要略大于水管，直径为32.5mm，在水管端部建立圆草绘面，拉伸成二通接头的模型，如下所示同理建立，建立另一侧水管，最终模型如下所进入Workbench进行材料设置，并进行网格划分，设置网格尺寸为2mm，最终有限元网格模型如下图所示：图7 网格设置图8 网格模型模拟实际情况，两端面固定，水管右端施加0.1MPa载荷，如下图所示图9 载荷约束四、有限元计算结果（1）位移变化，如图12所示，结果最大变形为0.001mm，图12 位移云图（2）等效应力计算结果，如图3所示，最大等效应力为15.467MPa图13 等效应力云图添加Fatigue tool进行疲劳分析，Fatigue设置如下寿命云图如下所示，应力最大区域，寿命最小，该水管最多可以使用1.4e5次，此后便会发生裂纹破坏。
利用ANSYS分析煤矿开采中长输管道的受力
2021年4月2021年第4期天然气作为一种洁净环保的优质能源已在中国大面积使用。
管道运输作为天然气输送的主要方式,具有成本低、占地少、建设快、运输量大、安全性高、运输损耗小等优点。
目前山西省天然气管道长度为8885km ,输气能力达到3伊1010m 3/a ,是气化山西的重要组成部分。
同时山西也是煤炭资源大省,长输管道与煤矿采面交叉众多,因采煤造成近3000km 2的采空沉陷区[1]。
采空塌陷造成地表差异性开裂、沉陷,在管道及上覆土层重力作用下,管道承受拉、弯、剪、压等复杂的作用力,容易造成应力集中,极易出现管道应力应变超越设计极限发生破坏的情况,容易引起管道断裂、火灾、爆炸事故[2]。
针对采空区处管道的保护一般采用大开挖方式释放由管道变形产生的集中应力,部分沉降过大管线需要抬管作业。
抬管时间节点通常采用沉降点最大位移进行估算,或在管道上安装应力贴片,通过振弦式应力监测系统[3]获取管道受力情况,从而确定采取抬管的时间节点。
但采用沉降最大位移进行估算的方法无法达到完全定量计算;安装振弦式应力贴片方法虽然能很好地测量出管道受力情况,但需清除管道防腐层,使得测量处防腐层被破坏,即便在采空区沉降稳定后去除监测设备,仍无法去除焊接到管道上的应力贴片,只能在外部进行再次防腐操作,降低了管道的抗腐蚀能力。
为消除对管道防腐层的破坏,利用计算机仿真软件模拟采空区管道的沉降过程。
通过管道的变形情况模拟计算出管道的受力情况,既避免了管道防腐层被破坏,又可定量计算管道的受力情况,为后续管道抬升的时间节点确定提供数据支持。
1现场情况和分析方法1.1管道情况晋煤机关末站—长治苏店煤层气输气管道(以下简称“晋长线”)工程位于山西省晋城市和长治市境内,输气管道起点位于晋城市北石店镇晋煤机关末站,管道终点位于长治市苏店镇苏店村东的长治末站。
主管线长79.75km ,管径D 508m m ,壁厚7.1m m ,设计压力4.5M Pa ,所用钢管材质为L415,目前冬季运行压力为0.45M Pa 。
基于ANSYS Workbench的管道疲劳强度分析及优化
基于ANSYS Workbench的管道疲劳强度分析及优化作者：邢亮亮仲梁维来源：《软件导刊》2017年第07期摘要：疲劳破坏作为一种常见的失效形式，直接关系到机械结构的寿命，通过有限元软件ANSYS Workbench能够准确计算出机械结构的疲劳寿命。
通过SolidWorks建立三维实体模型，在ANSYS Workbench中进行网格划分，对于液体冲击及螺栓预紧力作用分为两种环境进行静力学计算。
将两种环境叠加处理，再通过ANSYS Workbench中的Fatugue Tool模块进行非比例载荷疲劳寿命分析。
然后根据管道的疲劳寿命结果，优化螺栓预紧力大小，选取最优螺栓预紧力实现管道疲劳寿命的最大化，优化结构的疲劳强度。
结果表明，经螺栓预紧力优化后，管道疲劳寿命提高了10%。
关键词：疲劳寿命；疲劳强度；ANSYS Workbench；非比例载荷DOIDOI：10.11907/rjdk.171252中图分类号：TP319文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2017）007-0145-040 引言管道从安装调试至投入使用期间，长期受到管道内部液体的循环作用力，会造成连接管道的螺栓发生疲劳破坏，造成管道漏液的危险情况[1]。
管道在输送液体时，连接管道的螺栓承受脉动循环载荷，主要受到了疲劳作用。
通过实验的方法很难准确检测结构疲劳[2]，因此工程上常用有限元计算来预估结构疲劳。
有限元计算耗时少、效率高、节约成本，并且可以准确找到结构在受到循环载荷作用时的最薄弱位置。
具体做法是运用SolidWorks建立几何模型，将几何模型导入ANSYS Workbench中，先进行静力结构分析，包括两个计算环境，环境一为液体对管道的作用，环境二为螺栓预紧力对管道的作用。
再将环境一的脉动循环载荷叠加在环境二的静载荷上，对管道结构进行非比例载荷[3-4]疲劳寿命分析，并根据得到的疲劳寿命结果，优化螺栓预紧力大小，以实现管道疲劳寿命的最大化。
天燃气输气管道受力分析
天燃气输气管道受力分析作者：王宇来源：《大观》2015年第02期摘要：液化天然气架空管道的设计工作是液化天燃气供应站总体设计中不可或缺的一个组成部分，而相当一部分城市燃气行业的设计人员对这种架空低温介质管道的设计工作比较陌生。
在此种管道的设计工作中，管道的受力分析是设计工作能否成功的一个重要因素。
本文就是采用有限元分析管道的受力机理和应注意的问题。
关键词：天燃气管道；受力分析1 引言对于液化天然气供气方案的城市，液化天燃气供应站是城市燃气管网系统的源头，地位十分重要。
液化天然气供应站的核心组成部分是工艺装置区。
在此一区域，经卸车自增压器输入储罐进行储存的液化天然气，将通过气化器，调压器等装置气化，调压。
成为普通的天然气，输送给城市地下管网。
为方便检修起见，连接这些装置的工艺管道一般均为地上低位架空管道。
由于液化天然气是-168℃的低温液体，造成架空管道内的介质温度与管道安装温度存在较大差异，温度应力对管道的影响十分明显。
如果不对这种影响进行合理的解决，有可能造成管道与设备连接处发生泄漏，损坏。
或者是设备在推力的作用下产生过量变形，无法正常工作，乃至报废。
本文主要讨论由内压引起的管道环向应力和正应力。
下面将从架空管道一次应力的计算来对问题进行阐述。
2 输气管道受力分析2.1 温度应力的计算理论当管道成为带拐点的平面管系后，计算将趋于复杂。
我们以一个采用L行管为类说明，如图1，两端固定点或是固定支架分段点，或是装置连接点，其他受力和稳定问题暂不考虑。
如果我们将一段的约束去掉，用等效力和力矩，在这些力和力矩作用下，此段变形量仍为零。
然后利用变形协调方程，再加上力法或位移法，就可求的弹性推力，然后可求出各点的应力。
这就是计算温度应力的基本方法。
图1 约束示意图3 输气管道有限元分析：3.1问题描述管道几何参数：外径 R1=O.6m；内径 R2=0.4mm；壁厚 t=0.2m。
管道材料参数：弹性模量E=200GP；泊松比v=0.26.载荷：P=1MPa3.2问题分析管道沿长度方向的尺寸远大于管道的直径，在计算过程中忽略管道的端面效应，认为其长度的方向无应变产生，即可将该问题简化为平面应变问题，选取管道横截面建立几何模型进行求解。
输气管内部受压模型ANSYS分析
输气管内部受压模型ANSYS分析1、题目说明及分析有一输气管道，管道内径为1200mm，外径为1600mm，其横断截面结构如图1所示，输送气体压强为0.5MPa，分析管壁的应力场分布。
管道材料弹性模量为260GPa，泊松比为0.26.图1输气管道横截面结构示意图（mm）分析：管道沿长度方向尺寸较大，一般应远大于管道直径，该问题属于平面应变问题，可取其横截面的1/4建立有限元分析模型进行求解。
2、创建几何模型（1）选择Main Menu\Preprocessor\Modeling\Create\Areas\Circle\Partial - Annulus命令，出现Part Annular Circle(创建圆环面)对话框。
（2）在Rad-1文本框里输入0.6，在Theta-1文本框里输入02，在Rad-2文本框里输入0.8，在Theta-2文本框里输入902，如图2所示。
（3）单击OK按钮，关闭Part Annular Circle对话框。
屏幕上生成如图3所示几何模型。
图2图3 几何模型3、定义单元类型（1）选择Main Menu\Preprocessor\Element Type\Add/Edit/Delete命令，出现Element Types对话框。
（2）单击Add按钮，出现Library of Element Type对话框。
（3）在Library of Element Type对话框的第一个列表框中选择Structural Solid，在第二个列表框中选择Quad 8node822，在Element type reference number文本框中输入1.（4）单击OK按钮，关闭Library of Element Type对话框。
（5）单击Element Type对话框上的Option按钮，出现PLANE82Element type options对话框。
在Element behaviorK3下拉列表框中选择Plane Strain 如图4所示，单击OK按钮关闭对话框。
输气管道的有限元分析
输气管道的有限元分析研究生课程（论文类）试卷2 0 1 2 /2 0 13 学年第一学期课程名称：弹塑性力学及有限元课程代码：14000112论文题目：输气管道的有限元分析学生姓名：***专业﹑学号：车辆工程学院：机械工程课程（论文）成绩：课程（论文）评分依据（必填）：任课教师签字：日期：年月日输气管道的有限元分析摘要：本文主要是运用ANSYS10.0软件来分析输气管道的内外表面受力情况，从而确定其所需的材料强度。
在这一过程中，首先建立三维模型，然后选择出适当的单元类型，进行网格划分、，而后对其表面施加边界条件等得出有限元模型，分析结果，对该管道进行应力强度和变形分析。
计算结果表明输气管道内表面所受应力比较大，所以在实际生产中需加强内表面材料强度。
1 引言当今社会，输气管道已经广泛的被使用了，例如西气东输工程，它可以很方便的运输天然气等能源，使得能源的使用更加合理优化。
然而，在运输过程中管道会受到各种力，由于受力的不同导致管道很容易损坏。
为了保证不会出现相关事故，必须对管道的材料进行合理的设计，本文将采用有限元分析法来确定管道不同表面所需材料强度的情况，文中管道的长度远大于直径，计算时忽略管道的断面效应，认为在其方向上无应变产生根据管道结构的对称性，取其四分之一进行分析[1]。
2 建立输气管道有限元模型输气管道的计算分析模型如图1所示，管道所受到的内压为1e+8Pa，弹性模量E为200Gpa，泊松比u为为0.26，内径R1为0.3m，外径R2为0.5m。
图1 计算模型图2.1 在ANSYS软件中创建三维模型使用ANSYS软件的建模功能，参照图1所示的标注。
选择合适的单元类型以及材料属性，创建几何模型，拉伸成为需要的三维实体模型，如图2所示。
图2管道三维模型选择合适的单元类型，是有限元分析中重要的一环，根据材料的特性，我本次选择的是Solid Quad 8Node82、Solid Brick8node185单元。
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现代CAE 技术及应用
（ANSY）S
输气管道受力分析的ANSYS实现
一、问题描述
一天然气输送管道的横截面及受力简图如图所示，在其内表面承受气体压力P的作用，求管壁的应力场分布。
图i管道受力简图
管道几何参数：外径 R1=0.6m ;内径R2=0.4m ;壁厚t=0.2m。
管道材料参数：弹性模量E=200Gpa ;泊松比v =0.26。
载荷：P=1Mpa。
二、问题分析
由于管道沿长度方向的尺寸远大于管道的直径，在计算过程中忽略管道的端面效应，认为在其长度方向无应变产生，即可将该问题简化为平面应变问题，选取管道横截面建立几何模型进行求解。
三、求解步骤
1.定义单元类型
定义单元类型为 Structural Solid , Quad 8node 82。
设置选项为 Plane strain。
图2定义单元类型
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图4生产部分圆环面 图5生产的几何模型结果显示
2. 定义材料性能参数 输入弹性模量和泊松比。
3. 生成几何模型，划分网格
在ANSYS 窗口创建几何模型，如图 格，如图6所示。
然后保存。
4。
转换成圆柱坐标系后划分网
图3定义材料性能参数
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图6划分网格结果显示
4、加载求解
1）选择分析类型为 Static,对线段2和9施加X方向的位移约束，对线段4和7施加Y方向的位移约束。
对管道内环面施加压力。
图7选择分析类型
图8施加位移约束对话框
图9施加位移约束、压力之后的模型保存之后求解，出现图所示的提示。
图10求解结果提示
5、查看求解结果
查看受力前与受力后的形状变化。
图11受力后形状变化
显示位移场等值线图。
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显示X 方向应力等值线图。
图13 X 方向应力等值线图
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图15等效应力等值线图
6、退出ANSYS 保存结果。
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