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基于abaqus的多螺栓法兰连接二次开发定义与分析.docx

发布:2024-10-25约3.78千字共6页下载文档
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Abaqus前处理二次开发在多螺栓连接法兰上的应用

靳泽中1,陈锋2,庞延波1

1.上海振华重工(集团)股份有限公司2.上海大学

摘要:为实现复杂的有限元前后处理功能,Abaqus提供了基于Python的二次开发接口,能够

很方便的帮助用户完成繁复的前后处理工作。通过Abaqus的前处理二次开发,实现了多螺栓法

兰连接结构的CAD模型导入、截面属性的设置、预紧力的设置、分析步的定义和载荷的定义等

前处理工作的自动化,可以为涉及多螺栓法兰连接的结构自动化分析定义提供参考。

关键词:Abaqus;前处理;螺栓连接;二次开发;

0引言

海上风电管桩结构具有尺寸大、重量重的特点:管体直径尺寸5m到8m;管体长度在30

m到80m之间;单根管重量有300吨到900吨,图1所示为制作完成后的管桩。管桩的筒体

是由多段拼接而成,每段长度在2m到4m之间。这些分段间的拼接需要有大量的环焊缝,本

文所描述的工装就是环焊缝焊接时所使用的。分段拼接过程中需要使用螺栓将产品和工装连接

在一起,然后由滚动装置驱动工装带动筒体旋转。在管桩制作过程中不合理的连接方式会对产

品法兰造成不可恢复的伤害。然而螺栓的预紧效果是对该问题影响的主要因素,如何利用有限

元分析的手段,通过一系列的分析找到不同的连接参数对其效果的影响是本文问题的出发点。

在用Abauqs/CAE做有限元分析的前处理建模阶段,人工参与多操作工作重复率高在繁杂同时

出错也高。Abauqs/CAE提供的二次开发可极大地提高处理该问题的效率。

图1.制作完成后的管桩

1Abaqus/CAE二次开发原理与方法及模型概况

Abaqus/CAE二次开发的主要包括两个层次,即求解器层次和前后处理层次(苏景鹤,

2017)。图2所示为Abaqus软件的基本环境结构。求解器层次的开发一般通过用户自定义程序

来实现。前后处理层次的二次开发一般借助于Python来实现。本文使用的是前处理阶段的基于

Python脚本的二次开发,第2章会详细介绍开发的内容。

图2.Abaqus软件环境结构

本文利用CATIAV5建立结构的3D参数化模型,该模型由工艺工装、产品法兰和连接螺

栓三部分组成,见图3。虽然产品法兰模型结构有对称性,但是螺栓分布及载荷却不满足对称

条件,所以必须采用全模型的分析。不同的塔筒型号螺栓孔数目不定,一般在120~180个,分

析中需要用到的螺栓数目为35~60个。手动的方式去定义螺栓的预紧载荷很容易出错而且耗费

大量的时间和精力。由于要对多个模型和多种螺栓连接进行分析,这部分前处理工作量就显得

异常繁重了,所以本文希望通过基于Python的二次开发来缩减这部分工作量。

图3.基本模型示意图

2多螺栓连接法兰的自动化分析定义

每次模型的调整可以通过更改模型原始文件中的参数来定义代码中的一些变量。主要变量

的定义方式如下。这些参数都是模型的一些基本信息参数是下边操作的必须参数。

YY2=*****#产品端截断位置CPO=*****#产品端外径

RR=*****#螺栓所在半径YY=*****#螺栓中间位置

NN=*****#螺栓孔数目F_N=*****#螺栓预紧力

F_V=*****#载荷定义M_Name=*****#定义CAD文件路径及名称

2.1将CAD模型的建立并导入Abaqus/CAE

利用代码将CATIA中建好的模型导入Abaqus/CAE,将模型分做三个独立的Part分别为工

装、产品和螺栓。具体代码如下:

catia=mdb.openCatia(*,#导入模型)

forIinrange(1,*):P_mdb.PartFromGeometryFile(…#导入几何模型并给各个部件命名)

图4.各个部件导入后效果

2.2模型的材料属性、截面属性及部件装配的定义

按照如下的代码完成材料属性和结构截面属性的定义,并将这些属性赋予相应的结构。分

析中材料选用普通的低合金钢,采用三维实体模型进行分析。随后将三个部件装配在一起。装

配完成后的模型如图6所示。

P_mdb.Material(name=STEEL)P_mdb.materials[STEEL].Density(#定义材料密度)

P_mdb.materials[STEEL].Elastic(#定义材料弹性模量)

P_mdb.HomogeneousSolidSection(#定义截面属性)

P_mdb.parts[*].SectionAssignment(#赋予部件材料属性)

a.DatumCsysByDefault(CARTES

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