內(nèi)壓管道的案例
地磁作用下油氣管道力磁耦合仿真分析與實(shí)驗(yàn)研究
圖2 管道復(fù)雜應(yīng)力磁導(dǎo)率曲線(xiàn)
2 輸油氣管道磁力學(xué)模型仿真分析
本文采用MATLAB的COMSOL Multiphysics工具箱進(jìn)行建模，通過(guò)內(nèi)部嵌入的CAD建模工具直接在軟件中建立輸油氣管道模型，設(shè)置管道外壁直徑為508 mm、管壁厚度為10 mm、拉伸管道長(zhǎng)度為600mm的三維空間管道模型，如圖3所示。管道模型建立完成之后進(jìn)入物理場(chǎng)模式，添加仿真模擬所需要的電磁場(chǎng)和力學(xué)接口，對(duì)輸油氣管道進(jìn)行靜態(tài)和低頻系統(tǒng)中磁場(chǎng)的計(jì)算，將物理場(chǎng)設(shè)置為管道瞬態(tài)問(wèn)題的研究。先用四邊形單元格類(lèi)型對(duì)管道模型的邊界面進(jìn)行剖分，沿著選取面的路徑對(duì)其進(jìn)行掃掠直至完成整個(gè)管道壁的剖分，對(duì)建立的管道模型設(shè)置條件約束后進(jìn)行網(wǎng)格劃分。按照如上步驟完成輸油氣管道磁力學(xué)實(shí)驗(yàn)的模型建立，對(duì)輸油氣管道添加不同大小的內(nèi)壓荷載，通過(guò)有限元仿真模擬軟件中自帶的計(jì)算求解過(guò)程和后處理功能，計(jì)算得出不同環(huán)境下輸油氣管道壁上磁信號(hào)的分布情況，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，得出輸油氣管道磁通量信號(hào)隨復(fù)雜應(yīng)力的變化規(guī)律。
圖3 管道模型建立
2.1 內(nèi)壓作用下的復(fù)雜應(yīng)力
將輸油氣管道在介質(zhì)內(nèi)壓荷載作用下各個(gè)方向上的復(fù)雜應(yīng)力進(jìn)行分解，根據(jù)管道應(yīng)力分析理論，當(dāng)管道受內(nèi)壓荷載作用時(shí)，在輸油氣管道環(huán)向產(chǎn)生的應(yīng)力為：
式中：σn為輸油氣管道環(huán)向產(chǎn)生的應(yīng)力，MPa;P為管道受內(nèi)壓荷載，MPa;D為輸油氣管道外徑，mm;t為管道壁厚，mm。
對(duì)輸油氣管道軸向應(yīng)力進(jìn)行研究，其大小為環(huán)向應(yīng)力的一半，與內(nèi)壓的關(guān)系為：
輸油氣管道壁所承受的內(nèi)壓荷載對(duì)應(yīng)的復(fù)雜應(yīng)力值見(jiàn)表1。
展開(kāi) 仿真APP在金屬波紋管液壓脹形工藝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
在本案例中，模具與管道接觸部分采用邊控制局部加密的剖分策略。
圖6 模型網(wǎng)格
4）部件接觸關(guān)系定義
設(shè)置管道外壁與模具之間的接觸，接觸類(lèi)型為無(wú)摩擦。Simdroid提供無(wú)摩擦、庫(kù)倫摩擦、無(wú)分離等多種接觸類(lèi)型，滿(mǎn)足工程應(yīng)用需要。
圖7 接觸關(guān)系
5）分析步設(shè)置
為模擬液壓脹形的整個(gè)過(guò)程，設(shè)置兩個(gè)通用靜力學(xué)分析步。在step-1中，固定模具和管道，在管道內(nèi)壁施加內(nèi)壓，使管道產(chǎn)生膨脹變形；在step-2中，增大管道內(nèi)壁的內(nèi)壓值，固定最下方的模具，上方的三個(gè)模具向下移動(dòng)至模具間緊密貼合，產(chǎn)生擠壓效果（參考圖2）。Simdroid隱式結(jié)構(gòu)分析模塊提供了多種分析步類(lèi)型，滿(mǎn)足工程應(yīng)用需要。
圖8 分析步設(shè)置
6）載荷與邊界條件定義
如前所述，step-1中在管道內(nèi)壁施加內(nèi)壓，step-2中增大內(nèi)壓值，設(shè)置如下。
圖9 內(nèi)壓載荷定義
在本案例中step-2使用到位移加載，因此在邊界條件定義時(shí)，不同分析步中設(shè)置不同的位移邊界條件。
圖10 邊界條件定義（以最上方模具為例）
7）參數(shù)定義與關(guān)聯(lián)
仿真APP封裝需要基于參數(shù)化仿真模型。在本案例中，將結(jié)構(gòu)尺寸和內(nèi)壓值作為參數(shù)，并在模型中進(jìn)行參數(shù)關(guān)聯(lián)。
圖11 參數(shù)定義與關(guān)聯(lián)
8）結(jié)果后處理
Simdroid具備完善的結(jié)果后處理顯示功能。在本案例中，可以通過(guò)云圖查看結(jié)構(gòu)的成形過(guò)程、應(yīng)力應(yīng)變分布。
展開(kāi) ABAQUS用戶(hù)材料子程序管道爆炸
在ABAQUS中做管道內(nèi)壓爆炸CEL模擬，采用vumat進(jìn)行子程序定義
當(dāng)管道為單層網(wǎng)格時(shí)，流固耦合效果好。當(dāng)管道為多層網(wǎng)格時(shí)，采用abaqus自帶的材料及損傷可以實(shí)現(xiàn)模擬，使用vumat進(jìn)行模擬流固耦合效果就很差（內(nèi)部氣體漏氣、等效塑性應(yīng)變分布不正確、計(jì)算迭代等），這是什么原因
天洑智能管道設(shè)計(jì)軟件AIPIPE，讓工業(yè)擁有健康“血管”
管道是現(xiàn)代工業(yè)的血管，聯(lián)通生產(chǎn)各環(huán)節(jié)，時(shí)刻輸送著水、蒸汽、石油、天然氣等各種原料和產(chǎn)品。
在傳統(tǒng)管道設(shè)計(jì)中，工程師靠經(jīng)驗(yàn)公式、查閱手冊(cè)和簡(jiǎn)單計(jì)算就能完成。但隨著管道系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，其所承受的工況也越來(lái)越嚴(yán)苛。傳統(tǒng)方法已難以評(píng)估管道在復(fù)雜荷載下的應(yīng)力分布、變形情況以及潛在的失效風(fēng)險(xiǎn)。
此時(shí)，有限元分析（FEA）軟件就成為了管道設(shè)計(jì)必不可少的工具。
AIPIPE是由天洑軟件自主研發(fā)的一款智能管道設(shè)計(jì)軟件，將有限元算法與管道行業(yè)深度融合，主要功能對(duì)標(biāo)美國(guó)CAESAR II軟件。
面向能源電力、石油化工、核電水利等領(lǐng)域的管網(wǎng)系統(tǒng)，AIPIPE集成建模、前處理、應(yīng)力/模態(tài)分析和結(jié)果處理功能，協(xié)助工程師快速校核管道強(qiáng)度。
AIPIPE 內(nèi)置豐富的管道數(shù)據(jù)庫(kù)，包括常用元件的管道管件庫(kù)、包含700多種物理特性和基于規(guī)范的許用應(yīng)力材料庫(kù)、可變彈簧庫(kù)和恒力彈簧庫(kù)、保溫?cái)?shù)據(jù)庫(kù)以及自定義數(shù)據(jù)庫(kù)。
同時(shí)，AIPIPE具有豐富的CAD和CAE接口，可輸入包括cii, .pcf, .inp, .cdb等格式的數(shù)據(jù)。
AIPIPE支持豐富的載荷類(lèi)型，包括管道內(nèi)壓、重力、集中載荷等。用戶(hù)拖拽不同類(lèi)型載荷即可完成工況組合的編輯和修改，軟件可對(duì)所有工況（包括偶然工況）進(jìn)行自動(dòng)組合計(jì)算，無(wú)需再進(jìn)行繁瑣的工況編輯。
AIPIPE支持 ASME 標(biāo)準(zhǔn)材料庫(kù)，包括ASME B31.1和ASME B31.3。自發(fā)布以來(lái)，AIPIPE在建筑設(shè)計(jì)、特種設(shè)備、發(fā)電站、化工、半導(dǎo)體和低溫設(shè)備等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
軟件支持中英文雙語(yǔ)界面一鍵切換，更符合國(guó)內(nèi)工程師操作習(xí)慣。同時(shí)，軟件功能性能全面滿(mǎn)足國(guó)家《特種設(shè)備生產(chǎn)和充裝單位許可規(guī)則》（TSG 07—2019），助力相關(guān)單位獲得壓力管道設(shè)計(jì)資質(zhì)。
展開(kāi) 
【11月23-26日 南京】結(jié)構(gòu)斷裂力學(xué)與裂紋擴(kuò)展壽命計(jì)算專(zhuān)題培訓(xùn)
結(jié)構(gòu)斷裂力學(xué)與裂紋擴(kuò)展壽命計(jì)算專(zhuān)題培訓(xùn)
14個(gè)實(shí)例模型課程中人手一機(jī)操作指導(dǎo)
案例01、高壓輸氣管道內(nèi)壓作用下的表面橢圓裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算
案例02、壓力容器表面任意形狀裂紋的J積分計(jì)算
案例03、含V形缺口三點(diǎn)彎曲能量釋放率計(jì)算
案例04、三點(diǎn)彎曲PMMA半圓板T應(yīng)力計(jì)算
案例05、軸對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)表面裂紋的材料構(gòu)型力計(jì)算
案例06、中心裂紋拉伸作用蠕變過(guò)程中的C*積分計(jì)算
案例07、基于VCCT技術(shù)的粘膠脫粘過(guò)程數(shù)值計(jì)算
案例08、涂層-基體界面裂紋擴(kuò)展計(jì)算
案例09、產(chǎn)品的跌落沖擊連接界面失效計(jì)算方法
案例10、三點(diǎn)彎曲平面模型裂紋擴(kuò)展計(jì)算
案例11、三維平板邊裂紋的裂紋擴(kuò)展計(jì)算
案例12、周期對(duì)稱(chēng)循環(huán)載荷作用下的裂紋擴(kuò)展壽命計(jì)算
案例13、T型焊接件焊縫表面裂紋的熱-結(jié)構(gòu)耦合應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算
案例14、復(fù)合材料的分層裂紋擴(kuò)展
課程差異化
1、專(zhuān)注CAE仿真計(jì)算，17年大量的工程案例積累
2、6000多學(xué)員反饋、提煉的精選內(nèi)容與實(shí)例，形成的版權(quán)課程體系
3、有自己的超算中心，有豐富的項(xiàng)目案例庫(kù)
專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)
團(tuán)隊(duì)12年專(zhuān)注CAE技術(shù)工程應(yīng)用方法，為客戶(hù)提供系統(tǒng)的產(chǎn)品質(zhì)量提升和優(yōu)化的技術(shù)方案，具備上百例的工程問(wèn)題解決經(jīng)驗(yàn)，熟悉CAE技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中的難點(diǎn)與關(guān)鍵點(diǎn)，團(tuán)隊(duì)提供有價(jià)值的CAE技術(shù)服務(wù)。
課程大綱
時(shí)間地點(diǎn)
2018年11月23日-2018年11月26日 南京（第一天報(bào)道，上課三天）
培訓(xùn)費(fèi)用
3980元/人,住宿可統(tǒng)一安排，費(fèi)用自理。
展開(kāi) 基于ABAQUS二次開(kāi)發(fā)的復(fù)材管道埋管參數(shù)化仿真
2）管道參數(shù)輸入
如圖所示，該界面為管道參數(shù)頁(yè)，其中各對(duì)話(huà)框右側(cè)為輸入?yún)?shù)說(shuō)明及單位，下方pipe map為參數(shù)示意圖，此頁(yè)依次可輸入，管道半徑、管道厚度。
3）網(wǎng)格尺寸及載荷輸入
如圖所示，該界面為網(wǎng)格及載荷輸入，其中各對(duì)話(huà)框右側(cè)為輸入?yún)?shù)說(shuō)明及單位，下方load map為參數(shù)示意圖，此頁(yè)依次可輸入，管道網(wǎng)格尺寸、泥土網(wǎng)格尺寸、管道內(nèi)壓、車(chē)輛施加壓強(qiáng)。
4）管道材料參數(shù)輸入
如圖所示，該界面為管道材料參數(shù)輸入，其中各對(duì)話(huà)框右側(cè)為輸入?yún)?shù)說(shuō)明及單位，該界面中可輸入三種材料，第一種為lamina，其余兩種為各項(xiàng)同性材料，可根據(jù)實(shí)際需求搭配使用。
5）鋪層設(shè)置
如圖所示，該界面為復(fù)材鋪層參數(shù)輸入，包括層數(shù)、每層厚度、角度、材料名稱(chēng)；最多可輸入17層，若小于17層，則僅輸入實(shí)際鋪層參數(shù)即可，剩余默認(rèn)參數(shù)不用。
4、算例展示
1）算例參數(shù)輸入
如圖所示輸入各項(xiàng)參數(shù)，各參數(shù)可根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況更改，輸入時(shí)注意各參數(shù)的單位，輸入后點(diǎn)擊OK,軟件會(huì)自動(dòng)建模并建立兩個(gè)job：job-pipe，job-pipe-car；先提交job-pipe，運(yùn)行完后，提交job-pipe-car。
2）算例結(jié)果展示
受泥土重力、內(nèi)壓時(shí)，復(fù)材管道第1到7層S11方向上的應(yīng)力分布云圖。
受泥土重力、內(nèi)壓時(shí)，復(fù)材管道第1到7層S22方向上的應(yīng)力分布云圖。
同時(shí)，也可在后處理中查看受到車(chē)輛載荷后管道應(yīng)力分布的變化。
3）算例動(dòng)畫(huà)展示
下圖所示為開(kāi)挖及填埋模型位移動(dòng)畫(huà)及填埋后受車(chē)輛壓強(qiáng)時(shí)位移動(dòng)畫(huà)。
展開(kāi) 【專(zhuān)業(yè)知識(shí)】電磁閥基礎(chǔ)知識(shí)詳解：原理、維護(hù)、選型
電磁閥保養(yǎng)維修
注意事項(xiàng)一
先導(dǎo)式電磁閥，要檢查管道內(nèi)壓差是否太小，壓差太小電磁閥就不能正常工作，在這種情況下，就需選用直動(dòng)式電磁閥。而壓差太大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)電磁閥的設(shè)計(jì)值，也無(wú)法正常工作，就應(yīng)選用高壓電磁閥了。
注意事項(xiàng)二
電磁閥一般都是水平安裝，如果椒側(cè)裝的話(huà)，有可能造成閥門(mén)關(guān)閉不嚴(yán)，即內(nèi)漏，因盡量避免側(cè)裝。
注意事項(xiàng)三
使用時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，如活塞與閥座間密封不好，可將活塞密封面重新磨平，再和閥座研磨。
注意事項(xiàng)四
工作時(shí)，要注意閥門(mén)前后壓力表，要求工作壓力不得超過(guò)額定壓力，工作壓差必須在額定壓差范圍內(nèi)。當(dāng)工作壓力超過(guò)額定壓力或工作壓差超過(guò)額定壓差時(shí)，電磁閥要停止使用，關(guān)閉前后手動(dòng)閥，以防止電磁閥爆炸和泄漏。
注意事項(xiàng)五
電磁閥安裝后，須通入介質(zhì)試動(dòng)作數(shù)次，確認(rèn)正常后方可投入正式使用。
注意事項(xiàng)六
應(yīng)定期清洗大閥內(nèi)外及銜鐵吸合面的污物。注意不要損壞密封面。
注意事項(xiàng)七
電磁閥較長(zhǎng)時(shí)間不用時(shí)，應(yīng)關(guān)閉閥前手動(dòng)閥，重新啟用時(shí)，蒸汽電磁閥應(yīng)將冷凝水排除干凈，并作試動(dòng)作數(shù)次，待開(kāi)關(guān)正常后方再投入使用。
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展開(kāi) 電磁閥知識(shí)詳解：原理、維護(hù)與選型
電磁閥的最高標(biāo)定公稱(chēng)壓力一定要超過(guò)管路內(nèi)的最高壓力，否則使用壽命會(huì)縮短或產(chǎn)生其它意外情況。
有腐蝕性液體的應(yīng)選用全不銹鋼型，強(qiáng)腐蝕性流體宜選用塑料王(SLF)電磁閥。爆炸性環(huán)境必須選用相應(yīng)的防爆產(chǎn)品。
③可靠性
電磁閥分為常閉和常開(kāi)二種；一般選用常閉型，通電打開(kāi)，斷電關(guān)閉；但在開(kāi)啟時(shí)間很長(zhǎng)關(guān)閉時(shí)很短時(shí)要選用常開(kāi)型了。
壽命試驗(yàn)
，工廠一般屬于型式試驗(yàn)項(xiàng)目，確切地說(shuō)我國(guó)還沒(méi)有電磁閥的專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，因此選用電磁閥廠家時(shí)慎重。動(dòng)作時(shí)間很短頻率較高時(shí)一般選取直動(dòng)式大口徑選用快速系列。
④適用性
管路中的流體必須和選用的電磁閥系列型號(hào)中標(biāo)定的介質(zhì)一致。流體的溫度必須小于選用電磁閥的標(biāo)定溫度。電磁閥允許液體粘度一般在20CST以下，大于20CST應(yīng)注明。
工作壓差
，管路最高壓差在小于0.04MPa時(shí)應(yīng)選用如ZS，2W，ZQDF，ZCM系列等直動(dòng)式和分步直動(dòng)式。最低工作壓差大于0.04MPa時(shí)可選用先導(dǎo)式(壓差式)電磁閥，最高工作壓差應(yīng)小于電磁閥的最大標(biāo)定壓力。
一般電磁閥都是單向工作，因此要注意是否有反壓差，如有安裝止回閥。
流體清潔度不高
時(shí)應(yīng)在電磁閥前安裝過(guò)濾器，一般電磁閥對(duì)介質(zhì)要求清潔度要好。注意流量孔徑和接管口徑，電磁閥一般只有開(kāi)關(guān)兩位控制；條件允許請(qǐng)安裝旁路管，便于維修；有水錘現(xiàn)象時(shí)要定制電磁閥的開(kāi)閉時(shí)間調(diào)節(jié)。
注意環(huán)境溫度對(duì)電磁閥的影響
電源電流和消耗功率應(yīng)根據(jù)輸出容量選取，電源電壓一般允許±10%左右，必須注意交流起動(dòng)時(shí)VA值較高。
知識(shí)點(diǎn)│電磁閥保養(yǎng)維護(hù)注意事項(xiàng)
①先導(dǎo)式電磁閥，要檢查管道內(nèi)壓差是否太小，壓差太小電磁閥就不能正常工作，在這種情況下，就需選用直動(dòng)式電磁閥。
展開(kāi) 