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对比分析C1模型

时间:2023-06-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:将该简化理论模型所得结果与上一章节钢带管在纯拉伸作用下的试验结果及无摩擦情况下的有限元结果进行对比,如图6.29所示。图6.32反映的是最外层钢带环向应力与整管的轴向拉力关系,这两条曲线的吻合度更为合理,其环向应力随着轴向拉力的增大而增大。图6.31C1模型最内层钢带环向应力与拉伸荷载关系曲线图6.32C1模型最外层钢带环向应力与拉伸载荷关系曲线

对比分析C1模型

将该简化理论模型所得结果与上一章节钢带管在纯拉伸作用下的试验结果及无摩擦情况下的有限元结果进行对比,如图6.29所示。从图中可以看出,由简化理论模型得到的管道轴向拉伸载荷、拉伸位移的关系曲线与无摩擦情况下的有限元结果吻合得非常好,虽然该曲线较试验曲线而言所得拉力值整体偏小,但趋势相同。在工程实践范围之内,试验与理论结果最大误差为20%左右。从上一章的分析结果可以看出,摩擦系数对钢带缠绕复合管力学响应有一定影响,因此该理论所计算出来的结果可以作为SSRTP抗拉伸能力的下限值,对工程实践有着比较重要的参考及应用价值。

由于试验设备的原因,试验数据在最开始阶段有一定波动,且从一个比较大的轴向拉力值(10 kN左右)开始才有明显的拉伸位移。如果把这一部分的拉力值扣除掉,整个试验曲线将会与理论及无摩擦有限元结果吻合得非常好。这也可以从一定程度上验证理论模型在计算纯拉伸过程中的准确性,以及作为计算管道拉伸刚度下限值时层间无摩擦假设的合理性。

从式(6.1)中可以看出,在拉伸过程中,内层PE管外表面的径向位移收缩量将会对钢带增强层的径向位移产生一定影响,而该值又是决定钢带层轴向拉力贡献的重要因素。因此有必要对理论计算出来的内层PE管径向位移进行验证分析。在ABAQUS有限元模型中,选取内层PE管伸长较为均匀一段的某一点,且该点恰好位于被螺旋钢带覆盖的中间位置,其径向位移与整个管的轴向拉力曲线关系如图6.30所示(图中的径向位移值为负,表示管截面收缩,该值越小,则截面收缩现象越严重,径向位移越大指的是其负值绝对值越大)。由该图可以看出,尽管有限元数值模拟所得出的曲线较简化理论曲线有微小波动,但总体来说,两条曲线吻合得非常好。

图6.29 纯拉伸作用下管道拉力与拉伸位移关系曲线

图6.30 内层PE管外侧径向位移与管道轴向拉力关系曲线(www.xing528.com)

从图6.30也可以明显看出,内层PE管外侧径向收缩速度随着轴向拉力的增大而变快。这说明拉力越大,内层管的径向收缩速度也越快,这将直接影响到钢带层沿带长方向的轴向变形。选取最具代表性的最内层和最外层钢带的环向应力进行分析,如图6.31和图6.32所示。从这两幅对比图可以看出,该模型出现了一个比较有意思的现象,最内层钢带沿环向方向的应力值为负。这可能是由于在加载过程中,最内层钢带起到了抵抗一部分外侧钢带传递过来的围压作用,从而使该层钢带受到环向被挤压的作用。这也间接说明了该层钢带沿带长方向的应变可能为压缩形变,即其所贡献的轴向拉力为负。

从图6.31也可以看出,有限元所得出的曲线较理论曲线有较大波动。这可能是由于钢带层应力较小时,ABAQUS有限元中计算所出现的应力集中、层间不同缝隙位置处的叠加、动态算法波动性等因素都会对所选取点处的应力造成一定程度的影响。也就是说,模型中所选取的单元位置不同,结果也可能会有一定偏差。即便这两条曲线的走势吻合得较为粗略,但从这两条曲线值同为负的现象,也能在一定程度上验证该简化理论模型的可行性。图6.32反映的是最外层钢带环向应力与整管的轴向拉力关系,这两条曲线的吻合度更为合理,其环向应力随着轴向拉力的增大而增大。

图6.31 C1模型最内层钢带环向应力与拉伸荷载关系曲线

图6.32 C1模型最外层钢带环向应力与拉伸载荷关系曲线

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