1.背景及意義

盤為代表的管道連接結構常常是整個系統中最容易發生失效的位置，因此，對管道接頭的接觸分析就顯得尤為必要，由于仿真能夠觀測處更準確的應力應變情況且時間及經濟成本低，故本案例以法蘭盤為例，對法蘭盤管道接頭進行仿真分析。

2.問題描述

圖1給出了法蘭盤的基本幾何尺寸及法蘭盤接頭的物理模型，其中圖1（A）為幾何尺寸，圖1（B）為物理模型。應當注意的是，考慮到連接處的局部效應，草圖中保留了長0.1mm的管道（圖中紅色標志區域），也正因為如此，此法蘭盤接頭并非對稱結果，但在仿真中，為節約分析時間對模型進行簡化分析，采用軸對稱單元進行分析，仿真分析全程采用統一的mm建模單位。

圖1幾何模型（A）幾何尺寸（B）物理模型

3.有限元分析

模型采用外部導入方式打開，正式在Abaqus中分析的步驟如下圖2所示。主要包括：查看法蘭盤接頭部件，檢查部件模型信息是否丟失、查看部件屬性（包括材料參數定義，截面塑性定義、單元定義）、查看裝配、檢查分析步設置、定義接觸（采用自動面面接觸）、定義約束（模型兩端施加250KN）、最后定義初始邊界條件（主要是溫度場實現4次25攝氏度→350攝氏度的升溫和350攝氏度→25攝氏度的降溫）、之后對模型進行等向硬化分析，需要導入材料的實際塑性數據，應當注意：由于拉伸計的限制，一般拉伸樣條測試得到的工程應力-工程應變曲線，需要轉化為真實應力-應變曲線關系才能用于有限元分析材料的定義。真實的應力應變數據見附件，這里不再單獨說明。最后對導入的硬化數據表進行擬合，刪除塑性數據中的最后一行重復數據即可提交求解。最后通過可視化后處理模塊Visualization進行等效塑性應變及應力云圖的分析查看·。得到的云圖結果如圖3所示。可以發現，法蘭盤接頭的四周應變值較大，而中間靠近圓心的倒角處反而處于較低的應力應變范圍。為了更加清晰反映最大等效塑性應變單元情況，提取出該單元的應力應變曲線如圖4所示，其中圖4（a）表示最大等效塑性應變單元的軸向應力應變曲線，圖4（b）則表示循壞載荷下最大等效塑性應變單元的軸向應力應變曲線。進一步發現：第四次升溫和第四次降溫應力應變路徑沒有太大區別，沒有表現加工硬化現象。

圖2分析步驟

圖3應力應變云圖（PEEQ等效塑性應變、Mises應力）

圖4應力應變曲線（a）最大等效塑性應變單元的軸向應力應變曲線（b）循壞載荷下最大等效塑性應變單元的軸向應力應變曲線

4.結論

通過上述對法蘭盤接頭的接觸仿真分析，基于等向加工硬化參數擬合方法并對比了結果差異，說明了該種仿真方法的一定合理性，可以為各種接頭的接觸分析提供思路，還可為復合材料RVE模型邊界的設置提供參考。