搜索Abaqus在石化行業(yè)的應(yīng)用實(shí)例
2017-03-17 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
基本分析功能
徑向接管
根據(jù)受內(nèi)壓圓筒徑向接管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和載荷特性,采用了對稱三維力學(xué)模型。結(jié)構(gòu)網(wǎng)格采用了較規(guī)則的六面體網(wǎng)格,對有可能產(chǎn)生較大應(yīng)力集中的部位采取了局部網(wǎng)格細(xì)化。
斜接管
根據(jù)受內(nèi)壓圓筒斜接管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和載荷特性,采用了對稱三維力學(xué)模型。結(jié)構(gòu)網(wǎng)格采用了較規(guī)則的六面體網(wǎng)格,對有可能產(chǎn)生較大應(yīng)力集中的部位采取了局部網(wǎng)格細(xì)化。
錐殼徑向接管
根據(jù)錐殼徑向接管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和載荷特性,采用了對稱三維力學(xué)模型。結(jié)構(gòu)網(wǎng)格采用了較規(guī)則的六面體網(wǎng)格,對有可能產(chǎn)生較大應(yīng)力集中的部位采取了局部網(wǎng)格細(xì)化。
塔體裙座連接
根據(jù)塔體裙座連接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和載荷特性,采用了對稱三維力學(xué)模型。結(jié)構(gòu)網(wǎng)格采用了較規(guī)則的六面體網(wǎng)格,對有可能產(chǎn)生較大應(yīng)力集中的部位采取了局部網(wǎng)格細(xì)化。
變徑殼體
根據(jù)變徑殼體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和載荷特性,對模型進(jìn)行簡化。此結(jié)構(gòu)有一個對稱面,我們可以選取1/2結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。使用六面體網(wǎng)格,對有可能產(chǎn)生較大應(yīng)力集中的部位采取了局部網(wǎng)格細(xì)化。
塔的模態(tài)分析
由于壁厚為16mm,與此結(jié)構(gòu)的特征尺寸,圓柱的直徑相比很小,可以用殼單元來模擬。塔直徑的尺寸與塔的高度相比也很小,此結(jié)構(gòu)也可以用梁單元來模擬。以下分別為為用殼單元和梁單元模擬的模型和結(jié)果。
柱殼切向開孔
根據(jù)柱殼切向開孔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和載荷特性,對模型進(jìn)行簡化。此結(jié)構(gòu)有一個對稱面,我們可以選取1/2結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。
除以上基本的分析功能之外,ABAQUS還具有許多高級分析功能
焊接過程的分析
ABAQUS可以考慮噴槍位置的變化、焊料的滲透、焊接的參數(shù)(電流、電壓、噴槍速度等)及隨微觀結(jié)構(gòu)變化的材料屬性等。
在不考慮焊接過程時,最大應(yīng)力1.7e8Pa,而考慮焊接過程殘余應(yīng)力時,最大應(yīng)力為4.4e8Pa。
焊接過程中的殘余應(yīng)力研究,可以使設(shè)計人員更加深入理解焊接對結(jié)構(gòu)的影響,充分指導(dǎo)容器的焊接過程。
壓力容器
ABAQUS在對壓力容器分析中也有自己獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn),如便于細(xì)節(jié)建模,方便的進(jìn)行結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)分析等等。如右圖7500立升的球罐分析,在支腿與球罐相交的地方會有應(yīng)力集中,這里需要采用實(shí)體單元建立模型,此時采用ABAQUS中的shell-to-solid功能可以實(shí)現(xiàn)整體殼模型,局部實(shí)體模型,使得在得到精確結(jié)果的基礎(chǔ)上整個分析的模型不至于太大。
熱力耦合分析
單純的應(yīng)力分析和單純的熱分析往往不能滿足石化行業(yè)的特點(diǎn),在需要進(jìn)行熱力耦合分析的工況下,ABAQUS提供了兩種熱力耦合的分析方式:順序熱固耦合和完全熱固耦合,來滿足用戶的需求。
下圖可以看到,僅有應(yīng)力分析和僅進(jìn)行熱分析導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)分布是不同的,而耦合兩個物理場進(jìn)行分析,得到的結(jié)果又有別于單獨(dú)對某個物理場進(jìn)行分析的結(jié)果。
儲液罐罐壁變形分析
利用附加質(zhì)量分布規(guī)律的公式和有限元單元模型,通過abaqus軟件對儲液罐動力試驗?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行數(shù)值模擬。通過分析對比彈塑性屈曲“象足效應(yīng)”和“鉆石效應(yīng)”的實(shí)驗數(shù)據(jù)。
證明有限元分析的合理性和有效性,并分析出經(jīng)驗公式在分析動水壓力問題上的缺陷。模擬中考慮儲液罐壁動力響應(yīng)加速度的方向?qū)σ后w慣性作用力的影響,從而更加準(zhǔn)確地模擬了儲液罐壁與液體的相互作用問題。ABAQUS為儲液罐結(jié)構(gòu)的抗震性能分析,提供完整的解決方案。
海洋平臺
海洋石油平臺的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,在風(fēng)載和洋流拖拽載荷作用下的響應(yīng),以及受到水下爆炸沖擊的影響,這些將直接對平臺上的人和設(shè)備的安全造成影響。ABAQUS/Standard、ABAQUS/Explicit以及ABAQUS/Aqua模塊可以對這些影響進(jìn)行評估,為平臺的設(shè)計改進(jìn)提供參考意見。
立管動力學(xué)
從海底伸出的立管將受到多種載荷:自身、浮力、內(nèi)部和外部的壓力、由于波浪導(dǎo)致的擺動載荷、水(洋)流的拖曳、表面停泊設(shè)備的拉伸力等等。在這些載荷作用下,立管的響應(yīng)將是相當(dāng)?shù)膹?fù)雜,同時立管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(一個方向相比另兩個方向的尺度很大)導(dǎo)致分析難度增大。
結(jié)構(gòu)和海床的相互作用
鋪設(shè)在海底的立管和海底的軟土相互接觸,導(dǎo)致立管形狀的改變,問題涉及大的柔性體以及接觸和大變形等。ABAQUS中具有強(qiáng)大的土壤模型,能模擬各類土壤如飽和或半飽和的土、沙以及粘土等。由于海底土壤很軟,接觸模擬中可以使用軟接觸來進(jìn)行模擬。
ABAQUS還可以用來模擬自升式平塔由于土壤變形而導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)響應(yīng),spud-can的插入以及加載分析。
立管的屈曲
立管由于其尺度問題,在使用時容易發(fā)生屈曲,立管的屈曲分析對立管的鋪設(shè)、安裝使用等都有很重要的意義。下圖是由于熱載荷使得立管在側(cè)向發(fā)生屈曲。
砂石對管道的侵蝕
原油在開采過程中,內(nèi)部通常含有一些細(xì)小的砂石,這些砂石具備一定的速度,它們和傳輸管道的內(nèi)壁相互作用,會對管道內(nèi)壁進(jìn)行磨損,ABAQUS提供的Umeshmotion功能可以對這類問題進(jìn)行模擬,得到管壁被侵蝕的程度。
熱分析
框架結(jié)構(gòu)在火災(zāi)作用下,鋼材受熱容易變軟無法承受自身的重量,從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的坍塌(911事件中的世貿(mào)大廈就是此類原因?qū)е绿?。ABAQUS/Standard可以用來模擬海洋結(jié)構(gòu)在火災(zāi)情況下的熱軟化以及最終的坍塌。ABAQUS中強(qiáng)大的材料實(shí)效功能可以幫助用戶精確的模擬這一過程。同時,ABAQUS還可以用來結(jié)構(gòu)在冷/熱流體中的冷卻/加熱效果,分析可以是單純的熱傳導(dǎo)分析,也可以是耦合的熱應(yīng)力分析。
擴(kuò)管分析
在幾千米的油氣井中進(jìn)行鋼管的擴(kuò)張已經(jīng)成為整個油田屆的技術(shù)革新。通過abaqus的模擬可以展示出,擴(kuò)管過程導(dǎo)致的變形和塑性應(yīng)變,這些可能會引起管道的損傷甚至破裂。通過模擬得到的這些信息可以為工程設(shè)計人員在進(jìn)行擴(kuò)管前修正裝備和設(shè)計實(shí)驗室內(nèi)的試驗來評估這一過程。
結(jié)束語
可以預(yù)計,在不遠(yuǎn)的將來,非線性有限元方法將非常廣泛地應(yīng)用到壓力容器行業(yè)的各個領(lǐng)域,ABAQUS將為我國的壓力容器設(shè)計水平趕超國際先進(jìn)水平而發(fā)揮重要的作用。
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