几何模型简介

为便于分析对比，设定样管模型为管长为1 000 mm、内径为50 mm、外径为76 mm的十层玻纤增强柔性管，模型参数见表19.2。

表19.2　有限元模型几何尺寸

为了便于检查模型的初始参数设置及参数分析，利用UItraEdit写出程序化语言，并将脚本文件直接导入ABAQUS中。如图19.8所示，管道单元采用实体单元（C3D8R），而玻璃纤维螺旋结构采用桁架单元（Truss）模拟。此外，玻璃纤维螺旋缠绕结构和结构加强层基底之间采用嵌入的接触方式。如图19.9所示，八层结构层缠绕角度相同，缠绕方向相反，由内而外交替缠绕形成网状结构。

图19.8　有限元三维实体模型

图19.9　玻璃纤维螺旋网状结构(www.xing528.com)

在力学分析中，桁架（Truss）单元是不传递弯矩和剪力的，只传递轴向力，梁（Beam）单元可以传递弯矩和剪力。ABAQUS在定义梁单元时，除了定义沿着梁单元的局部切向方向，还要定义梁的横截面垂直于这个局部切线两个矢量；而在定义桁架单元时，无须特别定义桁架截面的方向。所以当忽略弯矩和剪力作用时，采用梁单元和桁架单元分析均可。

在实际生产工艺中，先将一定数量的玻璃纤维融合成片状结构，然后再将片状结构由内而外地缠绕在UHMWPE外部，所以相比于Truss单元样管实体结构层更接近于Beam单元。但玻纤增强柔性管仅在轴向拉伸荷载作用下忽略了弯曲变形等其他方向的变形，只考虑轴向变形；玻璃纤维融合成的片状结构宽度较小，两种单元模拟出的结果并相差不多，这一点已在有限元中试算验证；Truss单元相比于Beam单元较简单，可以大大提高计算效率。

图19.10　模型截面等效示意图

综上所述，采用桁架单元建立有限元模型。为了更好地模拟螺旋缠绕绳模型，将本来矩形片状结构用并排布置的圆形截面绳结构等效。等效截面示意如图19.10所示。