管管接触变形的实验与数值模拟研究

发布时间：2021-07-30 11:05

　　国内外学者针对这类问题开展了大量的力学分析和计算方法研究,主要有弹性力学的理论方法和有限元方法。弹性力学方法只能解决典型的接触问题,当不考虑接触管的横截面变形时,可用材料力学理论对问题进行求解。但在考虑管束接触时的横截面变形时,由于接触区域的未知性,弹性力学无法得到解析解的。这样就需要使用数值方法去分析。其中有限元法在处理接触问题时被广泛应用,但在考虑管束横截面变形的接触问题又往往涉及几何非线性和材料非线性,这使得数值计算不易收敛。本文首先开展了两根平行管接触的实验研究,得到接触管有弯曲变形无横截面变形、目标管无弯曲变形有横截面变形的管管正接触塑形变形结果。然后采用有限元分析,对实验研究的两根管接触状态进行了数值分析,其计算结果与实验基本吻合,证明了有限元模型建立和算法选择的正确性。讨论了单元如何选择、单元离散和接触对定义方法对计算管管接触的影响,得出了保证计算精度和计算效率的有限元模型建立方法。由于含横截面变形的管管接触问题存在三重非线性,保证其迭代求解的收敛是数值模拟的关键。为此,本文研究了非线性迭代收敛计算的影响因素,并提出了相应的非线性求解设置方式以确保迭代计算的收敛。最后在等... 

【文章来源】：东北石油大学黑龙江省

【文章页数】：61 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

横截面变形描述方法2.3dhDd)/D

2.4管管接触变形实验在室内建立管束受压弯曲变形实验台见图2.5，主要包括：①有机玻璃管（材料属性已知）：长度为500mm，外径为20mm，壁厚为2mm；薄壁铝合金管（材料属性已知）：长度为500mm，外径为38mm，壁厚为0.32mm；②两个支架（包括塑料支架与铁支架）：支架之间的距离为400mm，两管间的距离为13mm。○3压力转换装置：将载荷转换成类集中载荷○4压力试验机：可以记录施加压入深度的大小。实验铝合金管不同载荷下，接触变形量与卸载后的塑性变形量。实验步骤如下：1)先将有机玻璃管与薄壁铝合金管放在支架上

间段按单元尺寸为3mm进行离散。如图4.2图4.2方案一单元离散方式当网格数较少，计算时间会缩短，这是必然的，但此种网格形式下计算精度并没有降低。事实上只要过渡点传递的弯矩和过渡点的位移满足一定精度，左右两段都可以离散成一个单元。离散方案二：对于管管接触问题，关心的是接触区域的接触力，而接触力在越靠近接触区域中心处分布越为密集，根据这一数据的分布特点，需在大致的接触位置区域采用密集的网格，而对于非接触位置的网格在满足基本的位移精度前提下，应划分相对稀疏的网格。采用渐变的网格尺寸。如图4.3这样就能做到在低网格数下，获得高精度计算结果图4.3方案二单元离散方式试算证明方案二的离散方式，即可以保证计算精度又可以提高计算效率，但当研究横截面变形规律

【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
[1]管束横向接触与碰撞的计算方法研究[D]. 付茂青.东北石油大学 2015
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本文编号：3311285