管道接头均匀硬化模拟分析探索

1.背景及意义

盘为代表的管道连接结构常常是整个系统中最容易发生失效的位置，因此，对管道接头的接触分析就显得尤为必要，由于仿真能够观测处更准确的应力应变情况且时间及经济成本低，故本案例以法兰盘为例，对法兰盘管道接头进行仿真分析。

2.问题描述

图1给出了法兰盘的基本几何尺寸及法兰盘接头的物理模型，其中图1（A）为几何尺寸，图1（B）为物理模型。应当注意的是，考虑到连接处的局部效应，草图中保留了长0.1mm的管道（图中红色标志区域），也正因为如此，此法兰盘接头并非对称结果，但在仿真中，为节约分析时间对模型进行简化分析，采用轴对称单元进行分析，仿真分析全程采用统一的mm建模单位。

管道接头的等向硬化仿真分析的图1

图1几何模型（A）几何尺寸（B）物理模型

3.有限元分析

模型采用外部导入方式打开，正式在Abaqus中分析的步骤如下图2所示。主要包括：查看法兰盘接头部件，检查部件模型信息是否丢失、查看部件属性（包括材料参数定义，截面塑性定义、单元定义）、查看装配、检查分析步设置、定义接触（采用自动面面接触）、定义约束（模型两端施加250KN）、最后定义初始边界条件（主要是温度场实现4次25摄氏度→350摄氏度的升温和350摄氏度→25摄氏度的降温）、之后对模型进行等向硬化分析，需要导入材料的实际塑性数据，应当注意：由于拉伸计的限制，一般拉伸样条测试得到的工程应力-工程应变曲线，需要转化为真实应力-应变曲线关系才能用于有限元分析材料的定义。真实的应力应变数据见附件，这里不再单独说明。

最后对导入的硬化数据表进行拟合，删除塑性数据中的最后一行重复数据即可提交求解。最后通过可视化后处理模块Visualization进行等效塑性应变及应力云图的分析查看·。

得到的云图结果如图3所示。可以发现，法兰盘接头的四周应变值较大，而中间靠近圆心的倒角处反而处于较低的应力应变范围。为了更加清晰反映最大等效塑性应变单元情况，提取出该单元的应力应变曲线如图4所示，其中图4（a）表示最大等效塑性应变单元的轴向应力应变曲线，图4（b）则表示循坏载荷下最大等效塑性应变单元的轴向应力应变曲线。进一步发现：第四次升温和第四次降温应力应变路径没有太大区别，没有表现加工硬化现象。

管道接头的等向硬化仿真分析的图2