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| 有限元分析 |
我国自主研发的热压X80钢级大口径、大壁厚三通由于具有承压能力强、力学性能高、表面光洁度好等特点在西气东输二线得到了大规模的应用。三通作为管道系统的重要组成构件，其可靠性直接影响到整个管道系统的安全运行。一方面，三通主支管构成总体不连续结构，因变形不协调，使得连接部位的一定范围内存在较大的二次应力和峰值应力引起局部应力集中；另一方面，大口径三通由于开孔面积、开孔率都较大，承受的集中应力也明显提高，因此有必要对三通进行力学性能分析及强度评定。目前得到国内外广泛认可的评定规范是美国ASME《锅炉及压力容器规范》第8卷第2册-压力容器建造另一规则。
随着现代信息技术的进步，有限元分析技术也得到了迅速的发展。在理论计算复杂难解，现场实验耗资巨大的情况下，利用计算机仿真技术可以得到可靠地近似解，并且节约了大量的资金，因此仿真技术得到了工程设计中得到了广泛的应用。
等径三通属于典型的对称问题，为节约时间，避免计算量过大，计算机资源消耗严重，计算分析时取其1/4进行建模分析。
ABAQUS/CAE可以采用“特征”进行参数化建模，其创建模型过程与Pro/E基本一致，对于简单模型我们可以通过拉伸、旋转、放样等方式创建参数化几何体，这种方法的好处在于方便修改模型几何参数。
等径三通几何参数如下：外径1422mm，壁厚60mm，主支管连接部位外壁倒圆角180，内壁倒圆角150，三通半长C取值1054mm，高度M取值978mm。
三通材料选用为管线钢X80，基本参数如表1所示：
在网格划分上全部采用三维六面体单元C3D8R，模型中共有37128个节点，30038个单元。
位移约束情况是：在两个对称面分别施加对称约束；将主支管延长2000mm消除边缘应力的影响并在端部施加固定约束消除刚体位移。
经过Abaqus仿真计算分析，可以得到三通的Mises应力云图和弹性应变云图，如图1和图2所示：
从Mises应力云图和弹性应变云图可以看出，在三通肩部应力及应变最大，其次是腹部。我们在三通肩部应力应变最大截面，三通腹部应力应变最大截面，以及远离不连续结构处分别取路径Path-1、Path-2和Path-3进行线性化处理。
由于采用最大形变能屈服准则相比于Tresca准则，与实验数据吻合的更好，ASME 规范2010版及2013版均规定采用最大形变能屈服准则，即MisesStress计算各应力分量结果的最大值，线性化后结果如表2所示。
在ABAQUS取路径等效线性化后，可以导出Membrane（Average）Stress（平均薄膜应力）、Membrane plus Bending（薄膜加弯曲应力）和Peak Stress（峰值应力）。此时的关键是识别和提取应力线性化结果用于应力强度的评定，即确定总体一次薄膜当量应力、局部一次薄膜当量应力、一次薄膜加弯曲应力。
