【APDL Showcase研讀分享】螺紋套筒分析(2D擴展3D)
本showcase演示了從二維到三維分析(EEXTRUDE)的能力和優點,這些問題需要將二維模型解決方案擴展到相應的三維體,以便解決方案可以在三維模型的基礎上繼續。
本案例技術重點有:
1、2D模型擴展3D模型(EEXTRUDE)
2、將計算結果從二維網格映射到新的三維網格,并重新平衡結果 (MAP2DTO3D)。
3、通過多幀重啟動繼續分析3d模型。(RESTART)
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【簡介】
螺紋管連接器(套筒)在石油、天然氣和海上管道應用中很常見。套筒必須承受苛刻的操作條件,因為它們通常要承受內部壓力、軸向拉拔、彎曲和扭轉載荷。本例對一副螺紋套筒進行以上荷載下的分析,并考慮詳細的螺紋結構。
使用3d模型模擬是非常費力和耗時的。對于3d模型,一些軸對稱載荷很重要且很難通過接觸來解決,而且在詳細檢查螺紋連接時通常需要一個精致的網格。
對本例,因為前幾個階段的荷載 (如內部壓力和軸向拉拔)在本質上是軸對稱的,而不對稱荷載造成的變形(如彎曲)發生后,你可以使用APDL的2d擴展3d分析能力執行一個簡單的2d軸對稱分析早期的分析,在擴展到3d模型之后再進行非對稱荷載下的三維分析。

【案例介紹】
如圖所示的一副螺紋套筒,首先建立了其二維軸對稱模型,并詳細考慮了其螺紋結構。對此螺紋套筒結構進行承受內部壓力、軸向拉拔、彎曲載荷下的靜力分析。
其中,內部壓力、軸向拉拔是對稱的荷載,因此使用二維軸對稱模型可以很方便地進行求解。彎曲荷載是非對稱荷載,需要將二維軸對稱模型擴展到三維后進行分析。
該案例的荷載施加和求解思路如下:
STEP1:進行二維軸對稱分析內部壓力和套筒端帽軸向加載。
對具有大變形效應下(NLGEOM,ON)的結構進行了5個加載步驟的靜力分析。分析涉及兩個完整的壓力加載/卸載循環。在第五步加載中,施加最終的內部壓力值和端帽軸向載荷。
STEP2:進行二維模型向三維模型擴展
①從第5荷載步啟動MAP2DTO3D。(START)
②將二維網格擴展到三維網格。 (EEXTRUDE)
③傳遞邊界條件,壓力載荷,應用節點力,應用MAP2DTO3D,應用邊界和載荷。(FINISH)
④將節點和單元的結果從2-D模型映射3-D模型,并開始重新平衡求解。(SOLVE)
STEP3:對彎曲荷載下的套筒三維模型進行求解(多幀重啟動multiframe restart)
【命令流簡析】
!!!!2D向3D擴展關鍵命令流 /clear,nostart /solu MAP2DTO3D,START,5, !從第5荷載步啟動2Dto3D擴展 allsel,all shpp,off EEXTRUDE,axis,40,,,,,, !定義軸對稱擴展,40為環向擴展份數,注意份數不易太小 rmod,21,6,-0.1 map2dto3d,finish map2dto3d,solve !結果映射到三維模型,并平衡求解 finish
!!!!!重啟動并施加非對稱荷載求解 /clear,nostart /solu antype,,restart,5, !設置重啟動(第5荷載開始) allsel,all time,6 !此前已將端面耦合到點pilotnode上,可對點施加轉角達到施加彎曲荷載目的 d,pilotnode,all d,pilotnode,rotz,-0.001745*4 nsub,50,1000,50 outres,all,10 allsel,all solve
【計算結果】
如下圖所示:對第1-5荷載步,由于內部壓力和拉拔力的對稱性,采用二維模型進行計算,計算速度非常客觀。后處理中也很方便地用軸對稱顯示功能獲得較好的顯示效果。
對第6荷載步,由于彎曲荷載為非對稱荷載,需要采用三維模型進行計算,本文采用二維向三維擴展的計算方法,節省了前面對稱荷載的計算時間,從非對稱荷載的加入再開始采用三維模型計算。
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