[发明专利]一种管板强度双尺度计算方法

说明书

技术领域：

本发明涉及计算方法技术领域，尤其是指一种管板强度双尺度计算方法。

背景技术：

现有技术对管板强度的模拟分析，需要划分足够数量的网格。大量的网格将导致对管板强度的模拟分析计算的过程中，计算量过大，需使用高性能的计算机工作站进行模拟，计算结果在普通计算机上无法验证。对于有大量管口的管板，节点数量可达到上千万个，仅花在计算上的时间就需要一个月甚至几个月。

发明内容：

本发明的目的是提供一种管板强度双尺度计算方法，解决管板强度模拟过程中网格划分过多带来的计算量庞大的问题。

本发明的目的是以如下方式实现的：一种管板强度双尺度计算方法，该种方法基于均匀化理论将管束区域等效为均匀同性区域，等效的过程中，将管板视为纤维增强型材料，管口视为纤维，根据管板及换热管材料的基本属性，通过Mori-Tanaka方法，得到等效材料的属性；利用有限元分析软件对等效后的管板进行模拟，得到管板等效区域的应力云纹图；找到应力最大的位置，该位置即为实际模型中布管区域应力最大处；然后在该位置处进行管束还原，得到的应力值即为实际模型中布管区的最大应力值，同理，分别在部分还原模型中确定非布管区、布管区与非布管区交界处最大应力的位置；最后对各区域的最大应力处进行线性化处理，依据设计标准进行强度校核。

本发明的有益效果是，该方法能大大降低模拟分析所需的硬件条件，有效缩短管板强度模拟分析所需要的时间。 

具体实施方式：

一种管板强度双尺度计算方法，其特征在于：该种方法基于均匀化理论将管束区域等效为均匀同性区域，等效的过程中，将管板视为纤维增强型材料，管口视为纤维，根据管板及换热管材料的基本属性，通过Mori-Tanaka方法，得到等效材料的属性；利用有限元分析软件对等效后的管板进行模拟，得到管板等效区域的应力云纹图；找到应力最大的位置，该位置即为实际模型中布管区域应力最大处；然后在该位置处进行管束还原，得到的应力值即为实际模型中布管区的最大应力值，同理，分别在部分还原模型中确定非布管区、布管区与非布管区交界处最大应力的位置；最后对各区域的最大应力处进行线性化处理，依据设计标准进行强度校核。

实施方式一：

将管板等效为均匀同性区域的过程中，先将空心的管子等效为均匀实心管子，再将管孔所在的区域等效为均匀区域，最后将管板等效为具有均匀物性的区域。将管板视为的复合材料，以管板为基体，换热管为纤维。将换热管等效为均匀实心管，以空气为基体，管壁为纤维，利用混合公式得到均匀实心管的物性参数。结合管板材料的物性，得到等效后的管板的材料物性。

对于含有一定数量管口的管板，为减少边界条件对等效区域的影响，选取管板外一定范围的区域为边界施加区域。

实际上压力施加在去除管孔后的管板上面的，而在模拟中施加压力的区域有所不同。因此根据面积关系对压力进行相应的等效。在网格划分的过程中，为了提高网格质量，对不同区域采取不同的尺度来划分，大部分区域采用六面体单元，少部分由于几何形状原因采取四面体单元，划分网格。

根据已计算的等效后管板的物性参数，利用有限元软件对等效后的区域进行应力分析，得到管板上的应力分布图。

根据等效后区域的应力分布，可以得到应力比较集中的区域，这些区域为管板应力计算过程中特别关心的区域，对这些区域进行局部还原，按照这些区域材料的真实物性进行应力模拟分析，从而得到实际模型中管板的最大应力值。在其上沿管板厚度方向设置路径，进行应力线性化处理，结合设计标准判断强度是否符合标准。

该发明所涉及的方法可以大大缩短对管板强度进行模拟分析所需要的时间，利用该种方法可在普通计算机上进行复杂结构的管板强度分析，对管板强度进行模拟计算的时间可达到普通模拟方法的数十分之一，甚至百分之一。