基于fepg 的斜接弯管的分析设计计算

《基于fepg 的斜接弯管的分析设计计算》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、2006飞箭用户大会论文集基于FEPG的斜接弯管的分析设计计算12程伟赵慧磊1.河北工业大学化工学院2.北京飞箭软件有限公司摘要：应用有限元分析软件FEPG4.2对两端固定斜接弯管在三种不同载荷状况下的应力进行计算和分析，用MTI格式完成了参数化有限元模型的网格剖分和边界条件输入，用VC编制了几何、载荷、材料等各参数的输入界面以及界面与计算程序模块和物理模型模块的接口程序。将FEPG的计算结果与ANSYS的计算结果进行了比较，可供工程配管设计者参考。关键字：有限元法；斜接弯管；应力分析；应力分布1

2、.前言弯管是管道系统中的一种重要构件，在石化工业的大管径管道中，弯头采用焊制斜接型式很普遍。焊制斜接弯管（俗称虾米腰）是由数个扇形节组成的焊制弯管，与光滑管相似，但在管段沿斜接面连接处，由于结构不连续会导致较大的局部应力。鉴于目前对这种斜接管道的应力计算尚无精确解，本文通过有限元分析软件FEPG分别对温度、内压和温度与内压共同作用下的弯管进行了应力计算与分析，而且用VC编制了几何、载荷、材料等各参数的输入界面以及界面与计算程序文件和物理模型文件的接口程序。与传统的有限元分析软件ANSYS的计算结果

3、进行了比较，第三强度理论等效应力的最大相对误差在8%以内。可作为工程安全评定以及工程配管设计的参考。2.FEPG基本思想FEPG的开发思想是采用元件化的程序设计方法和人工智能技术，根据有限元方法统一的数学原理及其内在规律，以类似于数学公式推理的方式由微分方程表达式和算法表达式自动产生有限元源程序。它突破了目前有限元程序只适用于特定领域和特定问题的限制，有限元编程者只需输入有限元方法所需的各种表达式和公式，即可自动产生所需的全部有限元程序，免去了大量繁琐的编程劳动。3.斜接弯管分析设计程序开发3.1

4、斜接弯管简图斜接弯管结构见图1，图中标出的是建立弯管有限元模型必需的几何参数。图1斜接弯管结构示意图3.2有限元参数化模型建立及其MTI利用FEPG系统配备的前处理程序自动生成器（多重表格输入法MTI）建立弯管的参数3922006飞箭用户大会论文集化三维物理模型，通过写MTI格式的程序实现有限元网格剖分和边界条件输入。有限元模型的几何与网格划分参数的输入界面见图2，材料参数的输入界面见图3，边界条件的输入界面见图4图2斜接弯管几何与和网格划分参数输入界面图3材料参数输入界面图4边界条件输入界面3.

5、3单元子程序、算法程序的生成及求解器的确定一个完整的有限元程序系统，通常由单元子程序和算法程序组成，前者取决于模型的控制方程（组），由控制方程编写单元子程序是有限元程序系统的主要工作量。利用FEPG编程，不必逐句编写单元子程序程序，只要按照要求填写一个GES文件（其内容是编写有限元程序的必要信息），然后运行这个文件就可生成FORTRAN程序，完成单元子程序的编程工作。本文所分析问题的控制方程有：∂⎛∂T⎞∂⎛∂T⎞∂⎛∂T⎞热传导方程⎜k⎟+⎜⎜k⎟⎟+⎜k⎟=−q∂x⎝∂x⎠∂y⎝∂y⎠∂z⎝∂

6、z⎠3932006飞箭用户大会论文集平衡方程∂σ∂τ∂τxxyxz+++f=0x∂x∂y∂z∂τ∂σ∂τyxyyz+++f=0y∂x∂y∂z∂τ∂τ∂σzxzyz+++f=0z∂x∂y∂z几何方程∂u∂v∂wε=,ε=,ε=xyz∂x∂y∂z∂u∂v∂v∂w∂w∂uγ=+,γ=+,γ=+xyyzzx∂y∂x∂z∂y∂x∂z热弹性胡克定律⎛σx⎞⎛1−υυυ000⎞⎛εx⎞⎛1⎞⎜⎟⎜⎟⎜⎟⎜⎟⎜σy⎟⎜υ1−υυ000⎟⎜εy⎟⎜1⎟⎜σ⎟⎜⎟⎜ε⎟⎜⎟⎜z⎟E⎜υυ1−υ000⎟⎜z⎟EαT⎜1

7、⎟=−⎜τyz⎟()1+υ(1−2υ)⎜0000.5−υ00⎟⎜γyz⎟()1−2υ⎜0⎟⎜⎟⎜⎟⎜⎟⎜⎟⎜τxz⎟⎜00000.5−υ0⎟⎜γxz⎟⎜0⎟⎜τ⎟⎜⎝000000.5−υ⎟⎠⎜γ⎟⎜⎝0⎟⎠⎝xy⎠⎝xy⎠任何有限元程序，无论是线性的还是非线性的，在单元子程序及总体刚度矩阵、总体载荷向量形成之后，就都成为求解一个代数方程组的问题。利用FEPG编程者只要在非线性算法文件NFE中输入方程的产生公式及其求解的方法和步骤，系统会产生代数方程组对应的矩阵和右端项，以及一个用来完成计算的批命令

8、文件。FEPG系统提供了求解代数方程组的6个源程序。这6个求解程序分别是：（1）对称内存求解程序；（2）非对称内存求解程序；（3）对称外存求解程序；（4）共轭剃度求解程序；（6）Gauss-Seidel迭代方法求解程序。根据上面的简单介绍，结合具体问题即可生成相应的计算程序。本文分别生成了虾米弯管的温度应力场、机械载荷场和热固耦合场的计算程序，并与ANSYS计算结果进行了比较。其中选用的求解程序是对称外存求解程序。4.弯管的三维有限元应力分析4.1边界条件及相关参数值本文所做的斜接